JP5758400B2 - Dye-sensitized solar cell module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a dye-sensitized solar cell module and a method for producing the same.
化石燃料に代るエネルギー源として、太陽光を電力に変換する太陽電池が注目されている。現在、結晶系シリコン基板を用いた太陽電池および薄膜シリコン太陽電池が実用化されている。しかし、前者にはシリコン基板の作製コストが高いという問題があり、後者には多種の半導体製造用ガスや複雑な装置を用いる必要があるために製造コストが高くなるという問題がある。このため、いずれの太陽電池においても光電変換の高効率化による発電出力当たりのコストを低減する努力が続けられているが、上記の問題を解決するには到っていない。 As an energy source to replace fossil fuels, solar cells that convert sunlight into electric power have attracted attention. Currently, solar cells using crystalline silicon substrates and thin-film silicon solar cells have been put into practical use. However, the former has a problem that the manufacturing cost of the silicon substrate is high, and the latter has a problem that the manufacturing cost becomes high because it is necessary to use various semiconductor manufacturing gases and complicated apparatuses. For this reason, efforts have been made to reduce the cost per power generation output by increasing the efficiency of photoelectric conversion in any of the solar cells, but they have not yet solved the above problem.
さらに、新しいタイプの太陽電池として、金属錯体の光誘起電子移動を応用した色素増感太陽電池が提案されている(たとえば、特許文献1;特許第2664194号公報)。この色素増感太陽電池は、表面上に電極(第1電極および第2電極)を形成した2枚のガラス基板の電極間に、光増感色素を吸着させて可視光領域に吸収スペクトルをもたせた光電変換層と電解液とを挟持した構造を有する。この色素増感太陽電池において、透明な第1電極側に光を照射すると、光電変換層に電子が発生し、発生した電子が一方の第1電極から外部電気回路を通って対向する第2電極に移動し、移動した電子が電解質中のイオンにより運ばれて光電変換層に戻る、という現象が起こる。このような一連の電子移動の繰り返しにより、電気エネルギーを取り出すことが可能となる。
Furthermore, as a new type of solar cell, a dye-sensitized solar cell applying photoinduced electron transfer of a metal complex has been proposed (for example,
しかしながら、特許文献1に記載の色素増感太陽電池の基本構造は、2枚のガラス基板の電極間に電解液を注入した構造であるため、小面積の太陽電池の試作は可能であるが、1m角のような大面積の太陽電池への適用は困難である。すなわち、1つの太陽電池セルの面積を大きくすると、発生電流は面積に比例して増加するが、第1電極の面内方向の抵抗が増大し、それに伴って太陽電池としての内部直列電気抵抗が増大する。その結果、光電変換時の電流電圧特性における曲線因子(FF:フィルファクタ)、さらには短絡電流が低下し、光電変換効率が低くなるという問題が起こる。
However, since the basic structure of the dye-sensitized solar cell described in
そこで、上記の問題を解決するために、複数個の色素増感太陽電池を直列接続した色素増感太陽電池モジュールが提案されている(たとえば、特許文献2;特許第4087445号公報)。この色素増感太陽電池モジュールでは、図11に示すように、ガラス基板71に透明導電膜72が形成されている透明導電膜(TCO)付ガラス基板70が用いられている。透明導電膜72はスクライブなどによって分割されることによって、それぞれ太陽電池セルの第1電極として機能し、1つの太陽電池セルの第1電極と隣り合う他の太陽電池セルの第2電極73とが電気的に接続されている。
Therefore, in order to solve the above problem, a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells are connected in series has been proposed (for example,
しかしながら、上記の色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュールでは、光入射側の基板として透明導電膜付きガラス基板70を用いているため、透明導電膜72による光の反射と吸収が原因となって、光電変換層75へ入射される光量が損失する問題があった。また、同色素増感太陽電池モジュールでは、透明導電膜付ガラス基板70の受光面領域に、多孔性絶縁層74や透明導電膜72と第2電極73とが接続する部分が位置している。このため、受光面において発電に寄与する光電変換層75の占める割合が少ない、すなわち、モジュール内に形成される太陽電池セルの集積密度が低く、結果的に、光電変換効率が低くなってしまうという問題があった。
However, in the dye-sensitized solar cell and the dye-sensitized solar cell module described above, the
上記の問題を解決するために、特許文献3(特許第4415448号公報)では、光入射側に透明導電膜付きガラスを使用しない色素増感太陽電池が開示されている。しかしながら、特許文献3には、色素増感太陽電池モジュールについての提案はない。これに対し、特許文献4(特開2004−319383号公報)では、光入射側に透明導電膜付きガラスを使用しない色素増感太陽電池モジュールが提案されている。
In order to solve the above problems, Patent Document 3 (Japanese Patent No. 4415448) discloses a dye-sensitized solar cell that does not use glass with a transparent conductive film on the light incident side. However,
しかしながら、特許文献4の色素増感太陽電池モジュールでは、受光面として利用可能な領域に電解質が存在する領域が存在するため、その集積密度は低く、光電変換効率が低いという問題があった。また、同色素増感太陽電池モジュールでは、隣り合う太陽電池の第1電極(負極)と第2電極(正極)を同一部材で形成することによって直列接続を行うため、電極の製造工程は複雑化する。さらには、該電極を用いた色素増感太陽電池モジュールの製造工程も複雑化する。このため、結果的に、電極の不具合の発生による生産性の低下、色素増感太陽電池モジュールの製造工程時のロスによる生産性の低下という問題があった。特に、メートル角級の大型モジュールを作製する場合には、生産性が大きく低下する傾向にあった。
However, the dye-sensitized solar cell module of
本発明は、上述の課題に鑑みなされたものであり、光入射側に透明導電膜付きガラスを使用しない色素増感太陽電池モジュールであって、光電変換効率の高い色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a dye-sensitized solar cell module that does not use glass with a transparent conductive film on the light incident side, and has a high photoelectric conversion efficiency and its An object is to provide a manufacturing method.
本発明の第1の態様は、対向する支持体とカバー体との間に、直列に接続された複数の色素増感太陽電池セルが配置された色素増感太陽電池モジュールであって、色素増感太陽電池セルは、支持体上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層、第1電極、多孔性絶縁層、第2電極の順に積層された積層体を有し、色素増感太陽電池モジュールは、支持体上に形成され、複数の積層体のそれぞれを分割するセル間絶縁部と、セル間絶縁部とカバー体との間に形成され、セル間絶縁部とカバー体との間隔を保持する接続部を有し、隣り合う積層体のうち、一方の積層体の第1電極および他方の積層体の第2電極は、両積層体の間に配置されたセル間絶縁部の表面上にまで延設されて該表面上で互いに接触し、光電変換層の厚さがセル間絶縁部の高さよりも小さい、色素増感太陽電池モジュールである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells connected in series are disposed between an opposing support body and a cover body. The solar cell has a laminated body in which a photoelectric conversion layer made of a porous semiconductor adsorbing a dye, a first electrode, a porous insulating layer, and a second electrode are laminated in this order on a support, and is dye-sensitized. The solar cell module is formed on a support and is formed between an inter-cell insulating portion that divides each of the plurality of stacked bodies, and the inter-cell insulating portion and the cover body. Among the adjacent stacked bodies, the first electrode of one stacked body and the second electrode of the other stacked body are connected to each other between the stacked bodies. Extending to the surface and contacting each other on the surface, the thickness of the photoelectric conversion layer is between cells Less than the height of the edge, a dye-sensitized solar cell module.
上記第1の態様の色素増感太陽電池モジュールにおいて、セル間絶縁部の側面と支持体の表面との成す角度が90度未満であることが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module according to the first aspect, it is preferable that the angle formed between the side surface of the inter-cell insulating portion and the surface of the support is less than 90 degrees.
上記第1の態様の色素増感太陽電池モジュールにおいて、セル間絶縁部の高さ方向における断面が台形状であることが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module according to the first aspect, it is preferable that a cross section in the height direction of the inter-cell insulating portion is trapezoidal.
上記第1の態様の色素増感太陽電池モジュールにおいて、接続部の一部は、第1電極と第2電極とが接触する接触領域を覆うことによってセル間絶縁部と固着し、接続部の他の一部は、カバー体と固着することが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module according to the first aspect, a part of the connection portion is fixed to the inter-cell insulating portion by covering a contact region where the first electrode and the second electrode are in contact with each other. It is preferable that a part of is fixed to the cover body.
本発明の第2の態様は、対向する支持体とカバー体との間に、直列に接続された複数の色素増感太陽電池セルが配置された色素増感太陽電池モジュールであって、色素増感太陽電池セルは、支持体上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層、第1電極、多孔性絶縁層、第2電極の順に積層された積層体を有し、色素増感太陽電池モジュールは、支持体上に形成され、複数の積層体のそれぞれを分割するセル間絶縁部と、セル間絶縁部とカバー体との間に形成され、セル間絶縁部とカバー体との間隔を保持する接続部を有し、隣り合う積層体のうち、一方の積層体の第1電極が、両積層体の間に配置されたセル間絶縁部の表面上にまで延設され、他方の積層体の第2電極が、多孔性絶縁層の側面に沿って両積層体の間に配置されたセル間絶縁部の表面上にまで延設されることによって、当該セル間絶縁部上で当該第1電極と当該第2電極とが接触し、接続部は、第1電極と第2電極とが接触する接触領域を覆う、色素増感太陽電池モジュールである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells connected in series are disposed between an opposing support body and a cover body. The solar cell has a laminated body in which a photoelectric conversion layer made of a porous semiconductor adsorbing a dye, a first electrode, a porous insulating layer, and a second electrode are laminated in this order on a support, and is dye-sensitized. The solar cell module is formed on a support and is formed between an inter-cell insulating portion that divides each of the plurality of stacked bodies, and the inter-cell insulating portion and the cover body. The first electrode of one of the stacked bodies has a connecting portion that maintains a distance, and extends to the surface of the inter-cell insulating portion disposed between the two stacked bodies, and the other The second electrode of the laminate is disposed between the laminates along the side surface of the porous insulating layer. The first electrode and the second electrode are brought into contact with each other on the inter-cell insulating portion, and the connecting portion includes the first electrode and the second electrode. It is a dye-sensitized solar cell module which covers the contact area | region which contacts.
上記第2の態様の色素増感太陽電池モジュールにおいて、第2電極が延設される多孔性絶縁層の側面は傾斜しており、接続部は、多孔性絶縁層の側面上の第2電極を覆うことが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module according to the second aspect, the side surface of the porous insulating layer on which the second electrode extends is inclined, and the connection portion includes the second electrode on the side surface of the porous insulating layer. It is preferable to cover.
上記第2の態様の色素増感太陽電池モジュールにおいて、セル間絶縁部の高さと、光電変換層の厚さとが同一であることが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module of the second aspect, it is preferable that the height of the inter-cell insulating portion and the thickness of the photoelectric conversion layer are the same.
上記第2の態様の色素増感太陽電池モジュールにおいて、第2電極の一部は、多孔性絶縁層の一部に浸透していることが好ましい。 In the dye-sensitized solar cell module according to the second aspect, it is preferable that a part of the second electrode penetrates a part of the porous insulating layer.
上記第1の態様および第2の態様の各々の色素増感太陽電池モジュールは、積層体とカバー体との間に形成されるキャリア輸送材料層を有し、接続部は、隣り合う太陽電池セルのキャリア輸送材料層同士を隔絶する隔壁を兼ねることが好ましい。 Each of the dye-sensitized solar cell modules of the first aspect and the second aspect includes a carrier transport material layer formed between the stacked body and the cover body, and the connection portion is adjacent to the solar battery cells. It is also preferable to serve as a partition wall that separates the carrier transport material layers.
上記第1の態様および第2の態様の各々の色素増感太陽電池モジュールにおいて、光電変換層とセル間絶縁部が接触していることが好ましい。 In each of the dye-sensitized solar cell modules of the first and second aspects, it is preferable that the photoelectric conversion layer and the inter-cell insulating part are in contact with each other.
上記第1の態様および第2の態様の各々の色素増感太陽電池モジュールにおいて、セル間絶縁部がガラス材料からなることが好ましい。 In each of the dye-sensitized solar cell modules according to the first aspect and the second aspect, it is preferable that the inter-cell insulating portion is made of a glass material.
上記第1の態様および第2の態様の各々の色素増感太陽電池モジュールにおいて、第1電極および第2電極は、チタン、ニッケル、タンタル、タングステン、SnO2およびITOのうちの少なくとも1種からなることが好ましい。In each of the dye-sensitized solar cell modules according to the first aspect and the second aspect, the first electrode and the second electrode are made of at least one of titanium, nickel, tantalum, tungsten, SnO 2 and ITO. It is preferable.
また、本発明の第3の態様は、対向する支持体とカバー体との間に、直列に接続された複数の色素増感太陽電池セルが配置された色素増感太陽電池モジュールであって、色素増感太陽電池セルは、支持体上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層、第1電極、多孔性絶縁層、第2電極の順に積層された積層体を有し、色素増感太陽電池モジュールは、支持体上に形成され、複数の積層体のそれぞれを分割するセル間絶縁部と、セル間絶縁部とカバー体との間に形成され、セル間絶縁部とカバー体との間隔を保持する接続部を有し、隣り合う積層体のうち、一方の積層体の第1電極および他方の積層体の第2電極は、両積層体の間に配置されたセル間絶縁部の表面上にまで延設されて該表面上で互いに接触し、光電変換層の厚さがセル間絶縁部の高さよりも小さい、色素増感太陽電池モジュールの製造方法において、支持体上にセル間絶縁部を形成した後に積層体を形成する、色素増感太陽電池モジュールの製造方法である。 Further, a third aspect of the present invention is a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells connected in series are arranged between an opposing support body and a cover body, The dye-sensitized solar cell has a laminate in which a photoelectric conversion layer made of a porous semiconductor adsorbing a dye, a first electrode, a porous insulating layer, and a second electrode are laminated in this order on a support. The sensitized solar cell module is formed on a support and is formed between an inter-cell insulating portion that divides each of the plurality of stacked bodies, and the inter-cell insulating portion and the cover body, and the inter-cell insulating portion and the cover body Of the adjacent stacked bodies, the first electrode of one stacked body and the second electrode of the other stacked body are inter-cell insulation disposed between the stacked bodies. Extending to the surface of the part and contacting each other on the surface, the thickness of the photoelectric conversion layer is In the method for producing a dye-sensitized solar cell module, which is smaller than the height of the inter-cell insulating portion, the laminate is formed after forming the inter-cell insulating portion on the support. .
また、本発明の第4の態様は、対向する支持体とカバー体との間に、直列に接続された複数の色素増感太陽電池セルが配置された色素増感太陽電池モジュールであって、色素増感太陽電池セルは、支持体上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層、第1電極、多孔性絶縁層、第2電極の順に積層された積層体を有し、色素増感太陽電池モジュールは、支持体上に形成され、複数の積層体のそれぞれを分割するセル間絶縁部と、セル間絶縁部とカバー体との間に形成され、セル間絶縁部とカバー体との間隔を保持する接続部を有し、隣り合う積層体のうち、一方の積層体の第1電極が、両積層体の間に配置されたセル間絶縁部の表面上にまで延設され、他方の積層体の第2電極が、多孔性絶縁層の側面に沿って両積層体の間に配置されたセル間絶縁部の表面上にまで延設されることによって、当該セル間絶縁部上で当該第1電極と当該第2電極とが接触し、接続部は、第1電極と第2電極とが接触する接触領域を覆う、色素増感太陽電池モジュールの製造方法において、支持体上にセル間絶縁部を形成した後に積層体を形成する、色素増感太陽電池モジュールの製造方法である。 Further, a fourth aspect of the present invention is a dye-sensitized solar cell module in which a plurality of dye-sensitized solar cells connected in series are disposed between an opposing support body and a cover body, The dye-sensitized solar cell has a laminate in which a photoelectric conversion layer made of a porous semiconductor adsorbing a dye, a first electrode, a porous insulating layer, and a second electrode are laminated in this order on a support. The sensitized solar cell module is formed on a support and is formed between an inter-cell insulating portion that divides each of the plurality of stacked bodies, and the inter-cell insulating portion and the cover body, and the inter-cell insulating portion and the cover body Of the adjacent stacked bodies, the first electrode of one stacked body is extended to the surface of the inter-cell insulating portion disposed between the stacked bodies. The second electrode of the other laminate is disposed between the laminates along the side surface of the porous insulating layer. By extending to the surface of the inter-cell insulating portion, the first electrode and the second electrode are in contact with each other on the inter-cell insulating portion, and the connecting portion is the first electrode and the second electrode. In the manufacturing method of the dye-sensitized solar cell module which covers the contact area | region which contacts, It is a manufacturing method of the dye-sensitized solar cell module which forms a laminated body after forming the inter-cell insulation part on a support body.
上記第3の態様および第4の態様の色素増感太陽電池モジュールの製造方法において、積層体を形成した後に、さらに接続部を形成することが好ましい。 In the method for manufacturing the dye-sensitized solar cell module according to the third aspect and the fourth aspect, it is preferable that a connection portion is further formed after the stacked body is formed.
本発明によれば、光電変換効率の高い色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a dye-sensitized solar cell module with high photoelectric conversion efficiency and a method for manufacturing the same.
以下、図面を参照しながら、本発明に係る色素増感太陽電池モジュールおよびその製造方法の実施の形態を説明する。以下の実施の形態は一例であり、本発明の範囲内で種々の実施の形態での実施が可能である。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 Hereinafter, embodiments of a dye-sensitized solar cell module and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described with reference to the drawings. The following embodiments are merely examples, and various embodiments can be implemented within the scope of the present invention. In the drawings of the present invention, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.
≪実施の形態1≫
本実施の形態1の色素増感太陽電池モジュールにおいて、光の入射面である支持体またはカバー体上で各太陽電池セルの接続を行わず、太陽電池セル間のセル間絶縁部上で各太陽電池セルの接続が行われる。これにより、色素増感太陽電池モジュールの集積密度が高くなるため、太陽電池セルの高い光電変換効率が実現される。したがって、色素増感太陽電池モジュールの光電変換効率が向上する。以下、図面を参照しながら、実施の形態1の色素増感太陽電池モジュールの一例について説明する。<<
In the dye-sensitized solar cell module according to the first embodiment, the solar cells are not connected on the support or the cover body that is the light incident surface, and each solar cell is connected on the inter-cell insulating portion between the solar cells. The battery cell is connected. Thereby, since the integration density of a dye-sensitized solar cell module becomes high, the high photoelectric conversion efficiency of a photovoltaic cell is implement | achieved. Therefore, the photoelectric conversion efficiency of the dye-sensitized solar cell module is improved. Hereinafter, an example of the dye-sensitized solar cell module of
<色素増感太陽電池モジュール>
図1は、実施の形態1の色素増感太陽電池モジュールの構造の一例を模式的に示す断面図である。図1において、色素増感太陽電池モジュール(以下、「モジュール」ともいう。)100は、対向する支持体1とカバー体2との間に、直列に接続された複数の色素増感太陽電池セル(以下、「セル」ともいう。)10を有する。モジュール100は、さらに、支持体1上に形成され、後述する複数の積層体15のそれぞれを分割するセル間絶縁部3と、該セル間絶縁部3とカバー体2との間に形成され、セル間絶縁部3とカバー体2との間隔を保持する接続部4と、を有する。<Dye-sensitized solar cell module>
1 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the dye-sensitized solar cell module according to
セル10は、支持体1上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層11、第1電極12、多孔性絶縁層13、第2電極14の順に積層された積層体15を有する。隣り合う積層体15のうち、一方の積層体15の第1電極12および他方の積層体15の第2電極14は、両積層体15の間に配置されたセル間絶縁部3の表面上にまで延設されて該表面上で互いに接触している。この構成により、各セル10が直列に接続される。なお、モジュール100の左端に露出する第2電極14および右端に露出する第1電極12はモジュール100の取り出し電極としても機能する。
The
各セル10において、第1電極12および第2電極14が直列に接続されている以外の構成は、セル間絶縁部3および接続部4によって隔絶されている。また、各セル10は、支持体1、カバー体2、セル間絶縁部3および接続部4によって分割されており、分割された各セル10内には、キャリア輸送材料が充填されている。したがって、積層体15とカバー体2との間の領域には、キャリア輸送材料層16が形成されることになる。なお、各セル10内の隙間、たとえば、光電変換層11や多孔性絶縁層13の内部にもキャリア輸送材料が浸透していることはいうまでもない。また、光電変換層11の厚さは、セル間絶縁部3の高さよりも小さいため、第1電極12は、セル間絶縁部3の側面に沿うように形成される。
In each
次に、図1〜図3を用いて、モジュール100を構成する各構成要素について詳細に説明する。
Next, each component which comprises the
(支持体)
支持体1は、少なくとも受光面となる部分には光透過性が必要となるため、光透過性の材料からなる必要がある。ただし、少なくとも後述する色素に実効的な感度を有する波長の光を実質的に透過させる材料であればよく、必ずしもすべての波長領域の光に対して透過性を有する必要はない。また、厚さは0.2〜5mm程度のものが好ましい。(Support)
The
すなわち、支持体1を構成する材料は、一般に太陽電池に使用可能で、かつ本発明の効果を発揮し得る材料であれば、特に限定されない。このような材料としては、たとえば、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板、可撓性フィルムなどの耐熱性樹脂板などが挙げられる。
That is, the material which comprises the
可撓性フィルム(以下、「フィルム」ともいう。)を構成する材料としては、たとえば、テトラアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリフェニレンスルファイド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PA)、ポリエーテルイミド(PEI)、フェノキシ樹脂、テフロン(登録商標)などが挙げられる。 Examples of the material constituting the flexible film (hereinafter also referred to as “film”) include tetraacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), and polyarylate. (PA), polyetherimide (PEI), phenoxy resin, Teflon (registered trademark), and the like.
支持体1上に加熱を伴って他の部材を形成する場合、たとえば、支持体1上に250℃程度の加熱を伴って多孔性半導体からなる光電変換層11を形成する場合には、250℃以上の耐熱性を有するテフロン(登録商標)が特に好ましい。支持体1は、完成したモジュール100を他の構造体に取り付けるときの基体として利用することができる。すなわち、金属加工部品とねじを用いて支持体1の周辺部を他の構造体に容易に取り付けることができる。
When other members are formed on the
(カバー体)
カバー体2は、キャリア輸送材料層16を保持でき、また外部からモジュール100内への水などの浸入を防ぐことができるものであればよい。ただし、カバー体2がモジュール100の受光面となる場合は、光透過性が必要となるため、ソーダガラス、溶融石英ガラス、結晶石英ガラスなどのガラス基板などを用いることが好ましい。特に、屋外設置などを考慮すると、強化ガラスなどを好適に用いることができる。(Cover body)
The
ここで、カバー体2と第2電極14は接触しないことが好ましい。これにより、キャリア輸送材料層16用の領域を確保することができ、十分な量のキャリア輸送材料をセル10内に保持することができる。また、カバー体2の一部にキャリア輸送材料の注入口を形成し、真空注入法や真空含浸法などによりキャリア輸送材料を注入する場合、カバー体2と第2電極14とが接触していないことにより、キャリア輸送材料の注入速度が速くなる。したがって、モジュール100の製造タクトを向上させることができる。
Here, it is preferable that the
(セル間絶縁部)
セル間絶縁部3は、セル10同士を電気的に絶縁できる材料であればよく、紫外線硬化性樹脂および熱硬化性樹脂などを用いることができる。また、支持体1上に所望の形状に形成し易い材料を用いることが好ましい。具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラス系材料などが好ましく、これらの2種類以上を用いて複数層構造にしてもよい。(Insulation between cells)
The inter-cell insulating
ただし、セル間絶縁部3を形成した後に積層体15を形成する場合、光電変換層11などの形成温度に対して、耐熱性を有することが好ましい。また、支持体1側を受光面とする場合、セル間絶縁部3も紫外線に照射されるため、紫外線に対する耐光性を有することが好ましい。このため、特に、ガラス系材料を好適に用いることができる。
However, when forming the
ガラス系材料としては、たとえば、ガラスペーストやガラスフリットとして市販されているものがある。特に、キャリア輸送材料との反応性や環境問題を考慮すれば、鉛フリーの材料であることが好ましい。さらに、ガラス材料からなる支持体1上にセル間絶縁部3を形成する場合、550℃以下の焼成温度で形成されることが好ましく、たとえば、ビスマス系ガラスペーストやリン酸スズ系ガラスペーストを好適に用いることができる。
Examples of the glass-based material include those commercially available as glass paste and glass frit. In particular, in consideration of reactivity with the carrier transport material and environmental problems, a lead-free material is preferable. Furthermore, when forming the
ここで、セル間絶縁部3の形状について、図2を用いて説明する。
図2は、図1における領域Aを模式的に示す拡大図である。図2において、光電変換層11の厚さがセル間絶縁部3の高さよりも小さいため、光電変換層11上に形成される第1電極12は、セル間絶縁部3の側面3aに沿うように延設される。また、1つのセル10の構成要素である第1電極12と、該セル10と隣り合う他のセル10の構成要素である第2電極14とが、セル間絶縁部3の上面3b上で接触している。なお、上面3bで第1電極12と第2電極14とが重なっていてもよい。Here, the shape of the inter-cell insulating
FIG. 2 is an enlarged view schematically showing a region A in FIG. In FIG. 2, since the thickness of the
第1電極12を形成する場合、図2に示すように、第1電極12が沿うセル間絶縁部3の側面3aと支持体1の表面1aとの成す角度は90度未満であることが好ましい。なお、図2では、側面3aと表面1aとが接する位置の角度を角度αとして例示するが、角度αはこの位置に限られず、側面3aの全ての位置を含む。すなわち、セル間絶縁部3の側面3aの高さ(図中上下方向)のいずれの位置を基準にした場合であっても、側面3aと表面1aとの角度αは90度未満であることが好ましい。
When forming the
セル間絶縁部3の断面において、側面3aは図2のように直線状であってもよく、たとえば、図3に示すように、曲線であってもよい。なお、図3には、支持体1およびセル間絶縁部3の断面のみを図示した。図2および図3において、角度αが90度未満であることにより、容易に第1電極12を側面3aに沿うように形成することができる。その理由は以下の通りである。
In the cross section of the inter-cell insulating
第1電極12は、後述するように、蒸着法、スパッタ法などの真空形成法、または印刷法、スプレー法などの形成方法によって簡便に形成することができる。これらの方法によって第1電極12を形成する場合、角度αが90度以上の場合、側面3aへの第1電極12の形成が困難となる。このため、第1電極12をセル間絶縁部3の表面上に延設させることが難しくなり、第1電極12が断裂したり、あるいは第1電極12に欠損が生じたりすることによって、セル10間の抵抗が増加してしまう場合がある。
As described later, the
これに対し、角度αが90度未満の場合、上記形成方法によって第1電極12を光電変換層11上だけでなく、セル間絶縁部3の側面3a上にも容易に形成することができる。したがって、第1電極12の形成不良に起因するセル10間の抵抗の増加を抑制することができ、もって、モジュール100の光電変換効率を高めることができるとともに、モジュール100の生産性を高めることができる。さらに、角度αを45度以下にすることにより、側面3a上の第1電極12の厚さ分布が均一性が向上するためより好ましい。
On the other hand, when the angle α is less than 90 degrees, the
また、図2中の側面3cについても、支持体1の表面1aとの成す角度が90度未満であることが好ましい。その理由は以下の通りである。すなわち、図2に示すように、セル間絶縁部3の上面3bの位置(支持体1の表面1aからの距離)と、多孔性絶縁層13の上面の位置(支持体1の表面1aからの距離)が一致する場合には、第2電極14はフラットに形成することができる。これに対し、セル間絶縁部3の上面3bの位置よりも多孔性絶縁層13の上面の位置のほうが低い場合には、第2電極14も、セル間絶縁部3の側面3cに沿うように形成する必要がある。したがって、この場合には、側面3cと表面1aとの成す角度が90度未満であることによって、第2電極14をセル間絶縁部3の側面3cに容易に延在させることができる。
In addition, for the
また、セル間絶縁部3の上面3bは、フラットであることが好ましい。これにより、第1電極12と第2電極14とを上面3b上で接触させるための製造時の制御が容易となり、モジュール100の生産性が向上し、低コスト化が可能となる。また、第1電極12と第2電極14との接続をセル間絶縁部3の表面上で行なうことにより、支持体1の受光領域において光電変換層11を配置することができる領域を大きくすることができる。すなわち、この構成により、モジュール100の集積密度を大きくすることができ、もって、モジュール100の光電変換効率を大きくすることができる。また、上面3bがフラットであることにより、接続部4を上面3b上に容易に形成することができるという点でも好ましい。
Moreover, it is preferable that the
以上のことから、セル間絶縁部3の形状は、高さ方向における断面形状が台形であることがより好ましい。この場合、セル間絶縁部3の強度は高く、セル間絶縁部3の形成も簡便であり、また、支持体1との接触領域を小さく設定しながらも、上記効果を奏することができる。
From the above, it is more preferable that the cross-sectional shape in the height direction of the inter-cell insulating
(接続部)
接続部4は、セル間絶縁部3とカバー体2との間に形成されて、セル間絶縁部3とカバー体2との間隔を保持する。すなわち、支持体1とカバー体2との間隔を一定に保持する。この構成により、積層体15とカバー体2との間には間隔が保持され、落下物などによる応力(衝撃)や長期の使用によってモジュール100に発生しがちなたわみなどを、接続部4によって吸収することができる。(Connection part)
The
また、接続部4の存在によって保持される積層体15とカバー体2との間には、キャリア輸送材料層16が形成されるが、1つのセル10内のキャリア輸送材料が隣のセル10内に移動するのを接続部4によって防ぐことができる。すなわち、接続部4は、隣り合うキャリア輸送材料層16同士を隔絶する隔壁を兼ねる。
In addition, a carrier
接続部4の材料は、紫外線硬化性樹脂および熱硬化性樹脂の少なくとも1種を用いることができる。具体的には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイソブチレン系樹脂、ホットメルト樹脂、ガラス系材料などが好ましく、これらの2種類以上を用いて複数層構造にしてもよい。たとえば、スリーボンド社製、型番:31X−101、スリーボンド社製、型番:31X−088、および一般に市販されているエポキシ樹脂などがある。接続部4を形成するにあたって、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラスフリットを用いる場合には、ディスペンサーを用いて形成することができる。ホットメルト樹脂を用いる場合には、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けることにより形成することができる。
As the material of the
また、接続部4は、図2に示すように、その一部が第1電極12と第2電極14とが接触する接触領域を覆うことによってセル間絶縁部3の上面3b上に形成され、かつ、別の一部がカバー体2に固着するように形成されることが好ましい。この構成により、セル間絶縁部3とカバー体2との間隔を保持する機能に加え、セル10間での短絡を効率的に抑制するができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
(光電変換層)
光電変換層11は、色素を吸着した多孔性半導体層からなり、キャリア輸送材料が層内外を移動することができる。以下に、多孔性半導体層および色素についてそれぞれ説明する。(Photoelectric conversion layer)
The
1.多孔性半導体層
多孔性半導体層を構成する半導体の種類は、当該分野で一般に光電変換材料に使用されるものであれば特に限定されない。たとえば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化錫、酸化鉄、酸化ニオブ、酸化セリウム、酸化タングステン、チタン酸バリウム、チタン酸ストロンチウム、硫化カドミウム、硫化鉛、硫化亜鉛、リン化インジウム、銅−インジウム硫化物(CuInS2)、CuAlO2、SrCu2O2などの半導体化合物およびこれらの組み合わせが挙げられる。これらの中でも、安定性および安全性の点から、酸化チタンが特に好ましい。1. Porous semiconductor layer The type of semiconductor constituting the porous semiconductor layer is not particularly limited as long as it is generally used for photoelectric conversion materials in this field. For example, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, iron oxide, niobium oxide, cerium oxide, tungsten oxide, barium titanate, strontium titanate, cadmium sulfide, lead sulfide, zinc sulfide, indium phosphide, copper-indium sulfide ( Semiconductor compounds such as CuInS 2 ), CuAlO 2 , SrCu 2 O 2 , and combinations thereof. Among these, titanium oxide is particularly preferable from the viewpoint of stability and safety.
多孔性半導体層に好適に用いられる酸化チタンとしては、アナタース型酸化チタン、ルチル型酸化チタン、無定形酸化チタン、メタチタン酸、オルソチタン酸などの酸化チタンおよび水酸化チタン、含水酸化チタンなどがあり、これらの単独または混合物を用いることができる。アナタース型とルチル型の2種類の結晶系酸化チタンは、その製法や熱履歴によりいずれの形態にもなり得るが、アナタース型が一般的である。本発明においては、色素増感に関して、アナタース型の含有率の高いもの、たとえば80%以上がアナタース型である酸化チタンが特に好ましい。 Examples of titanium oxides suitably used for the porous semiconductor layer include anatase-type titanium oxide, rutile-type titanium oxide, amorphous titanium oxide, titanium oxide such as metatitanic acid, orthotitanic acid, titanium hydroxide, and hydrous titanium oxide. These can be used alone or as a mixture thereof. Two types of crystalline titanium oxide, anatase type and rutile type, can be in any form depending on the production method and thermal history, but the anatase type is common. In the present invention, with respect to dye sensitization, titanium oxide having a high anatase content, for example, 80% or more of anatase type is particularly preferable.
半導体の形態としては、単結晶、多結晶のいずれでもよいが、安定性、結晶成長の容易さ、製造コストなどの観点から、多結晶が好ましく、多結晶からなる半導体微粒子(ナノからマイクロスケール)の形態が特に好ましい。したがって、たとえば、多孔性半導体層の材料として、酸化チタンの微粒子を用いることが特に好ましい。酸化チタンの微粒子は、気相法、液相法(水熱合成法、硫酸法)など公知の方法により製造することができる。また、デグサ(Degussa)社が開発した塩化物を高温加水分解することにより得る方法もある。 The form of the semiconductor may be either single crystal or polycrystal, but from the viewpoint of stability, ease of crystal growth, production cost, etc., polycrystal is preferable, and semiconductor fine particles composed of polycrystal (nano to microscale) This form is particularly preferred. Therefore, for example, it is particularly preferable to use fine particles of titanium oxide as the material of the porous semiconductor layer. The fine particles of titanium oxide can be produced by a known method such as a gas phase method or a liquid phase method (hydrothermal synthesis method, sulfuric acid method). There is also a method obtained by high-temperature hydrolysis of chlorides developed by Degussa.
また、半導体微粒子として、同一または異なる半導体化合物からなる2種類以上の粒子サイズの微粒子を混合したものを用いてもよい。粒子サイズの大きな半導体微粒子は入射光を散乱させることによって光捕捉率の向上に寄与し、粒子サイズの小さな半導体微粒子は色素の吸着点をより多くして色素の吸着量の向上に寄与するものと考えられる。 Further, as the semiconductor fine particles, a mixture of fine particles having two or more kinds of particle sizes made of the same or different semiconductor compounds may be used. Semiconductor fine particles with a large particle size contribute to an improvement in light capture rate by scattering incident light, and semiconductor fine particles with a small particle size contribute to an increase in the amount of dye adsorption by increasing the number of dye adsorption points. Conceivable.
異なる粒子サイズの平均粒径の比率は10倍以上が好ましく、粒子サイズの大きな半導体微粒子の平均粒径は100〜500nm程度が適当であり、粒子サイズの小さな半導体微粒子の平均粒径は5nm〜50nm程度が適当である。異なる半導体化合物からなる混合粒子の場合、吸着作用の強い半導体化合物を粒子サイズの小さな半導体微粒子とするのが効果的である。 The ratio of the average particle sizes of different particle sizes is preferably 10 times or more. The average particle size of semiconductor fine particles having a large particle size is suitably about 100 to 500 nm, and the average particle size of semiconductor fine particles having a small particle size is 5 to 50 nm. The degree is appropriate. In the case of mixed particles composed of different semiconductor compounds, it is effective to use semiconductor particles having a strong adsorption action as semiconductor particles having a small particle size.
多孔性半導体層の厚さは、特に限定されるものではないが、たとえば0.1〜100μm程度が適当である。また、多孔性半導体層は、表面積が大きなものが好ましく、表面積としては、たとえば10〜200m2/g程度が好ましい。The thickness of the porous semiconductor layer is not particularly limited, but for example, about 0.1 to 100 μm is appropriate. The porous semiconductor layer preferably has a large surface area, and the surface area is preferably about 10 to 200 m 2 / g, for example.
2.色素
多孔性半導体層に吸着して光増感剤として機能する色素としては、可視光領域または赤外光領域に吸収をもつ種々の有機色素、金属錯体色素などが挙げられ、これらの色素の1種または2種以上を選択的に用いることができる。2. Dyes Adsorbed on the porous semiconductor layer and functioning as a photosensitizer include various organic dyes and metal complex dyes having absorption in the visible light region or infrared light region. Species or two or more can be selectively used.
有機色素としては、たとえば、アゾ系色素、キノン系色素、キノンイミン系色素、キナクリドン系色素、スクアリリウム系色素、シアニン系色素、メロシアニン系色素、トリフェニルメタン系色素、キサンテン系色素、ポルフィリン系色素、ペリレン系色素、インジゴ系色素、ナフタロシアニン系色素などが挙げられる。有機色素の吸光係数は、一般に、遷移金属に分子が配位結合した形態をとる金属錯体色素に比べて大きい。 Examples of organic dyes include azo dyes, quinone dyes, quinone imine dyes, quinacridone dyes, squarylium dyes, cyanine dyes, merocyanine dyes, triphenylmethane dyes, xanthene dyes, porphyrin dyes, and perylenes. And dyes such as indigo dyes and naphthalocyanine dyes. In general, the extinction coefficient of an organic dye is larger than that of a metal complex dye in which a molecule is coordinated to a transition metal.
金属錯体色素は、色素に金属が配位結合したものである。色素としては、ポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素、ナフタロシアニン系色素、ルテニウム系色素などが挙げられる。金属としては、Cu、Ni、Fe、Co、V、Sn、Si、Ti、Ge、Cr、Zn、Ru、Mg、Al、Pb、Mn、In、Mo、Y、Zr、Nb、Sb、La、W、Pt、TA、Ir、Pd、Os、Ga、Tb、Eu、Rb、Bi、Se、As、Sc、Ag、Cd、Hf、Re、Au、Ac、Tc、Te、Rhなどが挙げられる。なかでも、フタロシアニン系色素、ルテニウム系色素に金属が配位したものが好ましく、ルテニウム系金属錯体色素が特に好ましい。 The metal complex dye is one in which a metal is coordinated to the dye. Examples of the dye include porphyrin dyes, phthalocyanine dyes, naphthalocyanine dyes, ruthenium dyes, and the like. As metals, Cu, Ni, Fe, Co, V, Sn, Si, Ti, Ge, Cr, Zn, Ru, Mg, Al, Pb, Mn, In, Mo, Y, Zr, Nb, Sb, La, W, Pt, TA, Ir, Pd, Os, Ga, Tb, Eu, Rb, Bi, Se, As, Sc, Ag, Cd, Hf, Re, Au, Ac, Tc, Te, Rh, and the like. Among these, phthalocyanine dyes and ruthenium dyes in which a metal is coordinated are preferable, and ruthenium metal complex dyes are particularly preferable.
特に、次式(1)〜(3)で表されるルテニウム系金属錯体色素が好ましい。市販のルテニウム系金属錯体色素としては、たとえば、Solaronix社製の商品名Ruthenium535色素、Ruthenium535−bisTBA色素、Ruthenium620−1H3TBA色素などが挙げられる。 In particular, ruthenium-based metal complex dyes represented by the following formulas (1) to (3) are preferable. Examples of commercially available ruthenium-based metal complex dyes include trade name Ruthenium 535 dye, Ruthenium 535-bisTBA dye, Ruthenium 620-1H3TBA dye manufactured by Solaronix.
また、多孔性半導体層に色素を強固に吸着させるためには、色素を構成する分子中にカルボキシル基、アルコキシ基、ヒドロキシル基、スルホン酸基、エステル基、メルカプト基、ホスホニル基などのインターロック基を有するものが好ましい。なお、インターロック基とは、一般に、多孔性半導体層に色素が固定される際に介在し、励起状態の色素と半導体の伝導帯との間の電子の移動を容易にする電気的結合を提供するものである。 In order to firmly adsorb the dye to the porous semiconductor layer, an interlock group such as a carboxyl group, an alkoxy group, a hydroxyl group, a sulfonic acid group, an ester group, a mercapto group, or a phosphonyl group is contained in the molecule constituting the dye. Those having the following are preferred. The interlock group is generally present when the dye is fixed to the porous semiconductor layer, and provides an electrical bond that facilitates the movement of electrons between the excited dye and the semiconductor conduction band. To do.
(第1電極)
第1電極12としては、導電性を有するものであれば特に限定されず、光透過性を有していても有していなくてもよい。ただし、カバー体2を受光面にする場合は光透過性が必要となる。(First electrode)
The
第1電極12を構成する材料としては、たとえば、インジウム錫複合酸化物(ITO)、酸化錫(SnO2)、酸化錫にフッ素をドープしたもの(FTO)、酸化亜鉛(ZnO)などが挙げられる。また、チタン、ニッケル、タンタルなど、電解液に対して腐食性を示さない金属を用いてもよい。このような材料からなる第1電極12は、スパッタ法、スプレー法などの公知の方法により光電変換層11上に形成することができる。Examples of the material constituting the
第1電極12の厚さは、0.02μm〜5μm程度が適当であり、膜抵抗としては低いほどよく、特に40Ω/sq以下が好ましい。また、第1電極12が緻密な構造である場合、キャリア輸送材料の通過を容易にするために、キャリア輸送材料パス用の複数の小孔を形成することが好ましい。
The thickness of the
上記小孔は、第1電極12に対する物理接触やレーザー加工により形成することができる。小孔の大きさは、0.1μm〜100μm程度が好ましく、1μm〜50μm程度がさらに好ましい。小孔と小孔の間隔は、1μm〜200μm程度が好ましく、10μm〜300μm程度がさらに好ましい。また、ストライプ状の開口部を第1電極12に形成することによっても同様な効果が得られる。ストライプ状の開口部の間隔は、1μm〜200μm程度が好ましく、10μm〜300μm程度がさらに好ましい。
The small holes can be formed by physical contact with the
(多孔性絶縁層)
多孔性絶縁層13は、1つのセル10内における第1電極12と第2電極14を電気的に絶縁する機能を有する層であり、1つのセル10内において、第1電極12と第2電極14の間に形成される。また、隣り合うセルでの第1電極12同士の間を埋めるように形成することが好ましい。多孔性絶縁層13は多孔性であるため、キャリア輸送材料は多孔性絶縁層13層内外を移動することができる。(Porous insulation layer)
The porous insulating
多孔性絶縁層13を構成する材料としては、たとえば、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、シリカガラスやソーダガラスなどの酸化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸バリウムなどが挙げられ、これらの材料の1種または2種以上を選択的に用いることができる。また、粒径が100nm〜500nmの酸化チタン、ルチル型酸化チタンを好適に用いることができる。これらの材料は粒子状であるのが好ましく、その平均粒径は5〜500nm、好ましくは10〜300nmである。
Examples of the material constituting the porous insulating
(第2電極)
第2電極14としては、第1電極12と同様な材料および同様な手法を用いて形成することができる。また、光透過性については、カバー体2が受光面となる場合には不可欠となる。また、第2電極14の構成が緻密な場合には、第1電極12と同様に、小孔を設けることが好ましい。(Second electrode)
The
ここで、第2電極14において、第2電極14表面付近での酸化還元反応を促進するために、多孔性絶縁層13との界面に触媒層(不図示)が形成されていることが好ましい。触媒層を構成する材料は、当該分野で一般に光電変換材料に使用されるものであれば特に限定されず、たとえば、白金、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどを用いることができる。触媒層の厚さは、たとえば、0.5nm〜1000nm程度が適当である。
Here, in the
(キャリア輸送材料層)
キャリア輸送材料層16は、図1に示すように、支持体1、カバー体2、セル間絶縁部3および接続部4によって囲まれた領域であって、積層体15とカバー体2との間の領域のことであり、キャリア輸送材料が充填されている領域をいう。(Carrier transport material layer)
As shown in FIG. 1, the carrier
すなわち、図1に示すモジュール100において、支持体1、カバー体2、セル間絶縁部3および接続部4によって囲まれた領域はそれぞれセル10を構成しており、この領域には、それぞれキャリア輸送材料が充填されている。このため、セル10内の空間や空隙、たとえば、積層体15とカバー体2との間の領域、多孔性である光電変換層11および多孔性絶縁層13の孔内、また、第1電極12や第2電極14の小孔内にはキャリア輸送材料が充填されている。したがって、キャリア輸送材料は、セル10内全域に充填されている状態であるが、本発明では、特に、他の構成要素が介在せず、キャリア輸送材料のみで満たされている領域を、キャリア輸送材料層16としている。
That is, in the
キャリア輸送材料は、イオンを輸送できる導電性材料で構成され、好適な材料として、たとえば、液体電解質、固体電解質、ゲル電解質、溶融塩ゲル電解質などが挙げられる。 The carrier transport material is composed of a conductive material capable of transporting ions, and suitable materials include, for example, a liquid electrolyte, a solid electrolyte, a gel electrolyte, and a molten salt gel electrolyte.
液体電解質は、酸化還元種を含む液状物であればよく、一般に電池や太陽電池などにおいて使用することができるものであれば特に限定されない。具体的には、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶融塩からなるもの、酸化還元種とこれを溶解可能な溶剤と溶融塩からなるものが挙げられる。 The liquid electrolyte is not particularly limited as long as it is a liquid substance containing a redox species, and can be generally used in a battery, a solar battery, or the like. Specifically, those comprising a redox species and a solvent capable of dissolving this, those comprising a redox species and a molten salt capable of dissolving this, and those comprising a redox species, a solvent capable of dissolving this and a molten salt. Is mentioned.
酸化還元種としては、たとえば、I-/I3-系、Br2-/Br3-系、Fe2+/Fe3+系、キノン/ハイドロキノン系などが挙げられる。具体的には、ヨウ化リチウム(LiI)、ヨウ化ナトリウム(NaI)、ヨウ化カリウム(KI)、ヨウ化カルシウム(CaI2)などの金属ヨウ化物とヨウ素(I2)の組み合わせ、テトラエチルアンモニウムアイオダイド(TEAI)、テトラプロピルアンモニウムアイオダイド(TPAI)、テトラブチルアンモニウムアイオダイド(TBAI)、テトラヘキシルアンモニウムアイオダイド(THAI)などのテトラアルキルアンモニウム塩とヨウ素の組み合わせ、および臭化リチウム(LiBr)、臭化ナトリウム(NaBr)、臭化カリウム(KBr)、臭化カルシウム(CaBr2)などの金属臭化物と臭素の組み合わせが好ましく、これらの中でも、LiIとI2の組み合わせが特に好ましい。Examples of the redox species include I − / I 3− series, Br 2− / Br 3− series,
また、酸化還元種の溶剤としては、プロピレンカーボネートなどのカーボネート化合物、アセトニトリルなどのニトリル化合物、エタノールなどのアルコール類、水、非プロトン極性物質などが挙げられる。これらの中でも、カーボネート化合物やニトリル化合物が特に好ましい。これらの溶剤は2種類以上を混合して用いることもできる。 Examples of the redox species solvent include carbonate compounds such as propylene carbonate, nitrile compounds such as acetonitrile, alcohols such as ethanol, water, and aprotic polar substances. Among these, carbonate compounds and nitrile compounds are particularly preferable. Two or more of these solvents can be used in combination.
固体電解質は、電子、ホール、イオンを輸送できる導電性材料で、太陽電池の電解質として用いることができ、流動性がない。具体的には、ポリカルバゾールなどのホール輸送材、テトラニトロフロオルレノンなどの電子輸送材、ポリロールなどの導電性ポリマー、液体電解質を高分子化合物により固体化した高分子電解質、ヨウ化銅、チオシアン酸銅などのp型半導体、溶融塩を含む液体電解質を微粒子により固体化した電解質などが挙げられる。 A solid electrolyte is a conductive material that can transport electrons, holes, and ions, and can be used as an electrolyte of a solar cell and has no fluidity. Specifically, hole transport materials such as polycarbazole, electron transport materials such as tetranitrofluororenone, conductive polymers such as polyroll, polymer electrolytes obtained by solidifying liquid electrolytes with polymer compounds, copper iodide, thiocyanate Examples thereof include a p-type semiconductor such as copper acid, and an electrolyte obtained by solidifying a liquid electrolyte containing a molten salt with fine particles.
ゲル電解質は、通常、電解質とゲル化剤からなる。ゲル化剤としては、たとえば、架橋ポリアクリル樹脂誘導体や架橋ポリアクリロニトリル誘導体、ポリアルキレンオキシド誘導体、シリコーン樹脂類、側鎖に含窒素複素環式四級化合物塩構造を有するポリマーなどの高分子ゲル化剤、などが挙げられる。 The gel electrolyte is usually composed of an electrolyte and a gelling agent. Examples of gelling agents include polymer gelation such as crosslinked polyacrylic resin derivatives, crosslinked polyacrylonitrile derivatives, polyalkylene oxide derivatives, silicone resins, and polymers having a nitrogen-containing heterocyclic quaternary compound salt structure in the side chain. Agents, etc.
溶融塩ゲル電解質は、通常、上記のようなゲル電解質と常温型溶融塩からなる。常温型溶融塩としては、たとえば、ピリジニウム塩類、イミダゾリウム塩類などの含窒素複素環式四級アンモニウム塩化合物類などが挙げられる。 The molten salt gel electrolyte is usually composed of the gel electrolyte as described above and a room temperature molten salt. Examples of the room temperature molten salt include nitrogen-containing heterocyclic quaternary ammonium salt compounds such as pyridinium salts and imidazolium salts.
上記の電解質には、必要に応じて添加剤を加えてもよい。添加剤としては、t-ブチルピリジン(TBP)などの含窒素芳香族化合物、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII)、メチルプロピルイミダゾールアイオダイド(MPII)、エチルメチルイミダゾールアイオダイド(EMII)、エチルイミダゾールアイオダイド(EII)、ヘキシルメチルイミダゾールアイオダイド(HMII)などのイミダゾール塩が挙げられる。 You may add an additive to said electrolyte as needed. Additives include nitrogen-containing aromatic compounds such as t-butylpyridine (TBP), dimethylpropylimidazole iodide (DMPII), methylpropylimidazole iodide (MPII), ethylmethylimidazole iodide (EMII), ethylimidazoleioio Examples thereof include imidazole salts such as dye (EII) and hexylmethylimidazole iodide (HMII).
電解質中の電解質濃度は、0.001mol/L以上1.5mol/L以下の範囲が好ましく、0.01mol/L以上0.7mol/L以下の範囲が特に好ましい。ただし、モジュール100において、受光面側に触媒層がある場合、すなわち、カバー体2が受光面となる場合、入射光が電解液を通して光電変換層11に達し、キャリアが励起されることになる。そのため、電解質濃度により、太陽電池の性能が低下する場合があるので、この点を考慮して電解質濃度を設定するのが好ましい。
The electrolyte concentration in the electrolyte is preferably in the range of 0.001 mol / L to 1.5 mol / L, particularly preferably in the range of 0.01 mol / L to 0.7 mol / L. However, in the
上述した本発明に係るモジュール100によれば、第1電極12と第2電極14が、セル間絶縁部3の表面上で接続している。この構成により、受光面側に第1電極12や第2電極14が存在することによる受光ロスが抑制されるため、短絡電流を増加させることができ、結果的に、光電変換効率を高めることができる。特に、図1に示すように、2つのセル間絶縁部3の間の全域に光電変換層11を形成することによって、集積密度を高めることができるため、光電変換効率をより向上させることができる。また、特許文献4のように、複雑な構造の電極を用いる必要がないため、メートル角のモジュールを実現することができる。
According to the
また、第1電極12と第2電極14を、強固なセル間絶縁部3の表面上で接続するため、電極の接続不良による短絡の発生や抵抗の増大を防止することができ、もって、モジュール100の生産性を高めることができる。特に、セル間絶縁部3の側面と、支持体1の表面との成す角度が90度未満である場合、第1電極12または第2電極14をセル間絶縁部3の側面に沿うように容易に形成することができるため、より生産性を高めることができる。また、セル間絶縁部3の高さ方向の断面形状が台形である場合、あるいは、上記角度が45度以下である場合、さらに容易に第1電極12および第2電極14をセル間絶縁部3の表面上に形成することができ、生産性をさらに高めることができる。また、この構成により、第1電極12および第2電極14の接続を、従来のように光電変換層に並列するような位置で行なうことがない。このため、受光面に対する光電変換層11の面積割合を大きくすることが可能となり、モジュール100の出力密度を向上させることができる。
Further, since the
また、セル間絶縁部3の表面に形成される第1電極12または第2電極14が、金属などの反射性能を有する材料からなり、かつ、セル間絶縁部3が光透過性を有する材料からなることが好ましい。この場合、セル間絶縁部3の側面と支持体1の表面との成す角度が90度未満であることにより、セル間絶縁部3に照射された光を第1電極12および/または第2電極14によって反射することができる。そして、この反射光が光電変換層11に入射することによって、モジュール100の光電変換効率はさらに高まる。
Further, the
また、本発明に係るモジュール100は、セル間絶縁部3とカバー体2との間に接続部4が形成されており、セル間絶縁部3とカバー体2とは、第1電極12と第2電極14との接続領域と接続部4とを介して、固着されることになる。この構成により、各セル10同士は高精度に分割されて隔絶されるため、各セル10間でのキャリア輸送材料の移動を十分に抑制することができる。したがって、各セル10間での電位差を確実に維持することができ、もって高い光電変換効率を維持することができる。特に、第1電極12と第2電極14とが接続される領域およびその近傍を覆う状態で接続部4を形成することにより、セル10内部での短絡を容易に防ぐことができる。
Further, in the
また、カバー体2と第2電極14とが接触しないことにより、十分な量のキャリア輸送材料をセル10内に保持することができる。また、カバー体2の一部にキャリア輸送材料の注入口を形成し、真空注入法や真空含浸法などによりキャリア輸送材料を注入する場合、カバー体2と第2電極14とが接触していないことにより、キャリア輸送材料の注入速度が速くなる。したがって、モジュール100の製造タクトを向上させることができる。
Further, since the
また、接続部4が存在することにより、たとえば、モジュール100の厚み方向に力が加えられた場合でも、第1電極12や第2電極14とカバー体2との接触を効果的に抑制することができる。したがって、光電変換に重要な積層体15の損傷を防ぐことができる。
Further, the presence of the
<色素増感太陽電池モジュールの製造方法>
以下に、図1、図4および図5を用いて、実施の形態1のモジュール100の製造方法の一例ついて説明する。図4は、実施の形態1の色素増感太陽電池モジュールの製造方法の好ましい一例のフローチャートであり、図5は、実施の形態1において、格子形状のセル間絶縁部が形成された支持体の模式的な上面図である。<Method for producing dye-sensitized solar cell module>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the
(セル間絶縁部の形成)
まず、図4のステップS1において、支持体1上にセル間絶縁部3を形成する。(Formation of insulation between cells)
First, in step S <b> 1 of FIG. 4, the inter-cell insulating
セル間絶縁部3の形成方法は特に限定されず、たとえば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラス系材料を用いる場合には、ディスペンサーを用いて形成することができ、ホットメルト樹脂を用いる場合には、シート状のホットメルト樹脂にパターニングした穴を開けることにより形成することができる。
The method for forming the inter-cell insulating
セル間絶縁部3は、後に形成される光電変換層11を分割するように形成される。たとえば、図5に示すように、支持体1上に、短冊形状の積層体15形成用の領域(図中の領域b)を環囲するように格子状に形成することができる。
The inter-cell insulating
(積層体の形成)
次に、図4のステップS2において、セル間絶縁部3で分割された領域bに、積層体15を形成する。積層体15は、多孔性半導体層(色素未吸着の光電変換層11)、第1電極12、多孔性絶縁層13および第2電極14の順に形成され、多孔性半導体層に色素を吸着させることによって光電変換層11を完成させることによって作製される。以下、順に説明する。(Formation of laminate)
Next, in step S <b> 2 of FIG. 4, the
1.多孔性半導体層の形成
まず、支持体1の領域b上に光電変換層11を構成する多孔性半導体層が形成される。多孔性半導体層は、たとえば、上述の半導体微粒子を含有する懸濁液を領域bに塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行うことによって形成される。1. Formation of Porous Semiconductor Layer First, the porous semiconductor layer constituting the
具体的には、まず、半導体微粒子を適当な溶剤に懸濁して懸濁液を得る。このような溶剤としては、エチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤、イソプロピルアルコールなどのアルコール類、イソプロピルアルコール/トルエンなどのアルコール系混合溶剤、水などが挙げられる。また、このような懸濁液の代わりに市販の酸化チタンペースト(たとえば、Solaronix社製、Ti−nanoxide、T、D、T/SP、D/SP、)を用いてもよい。 Specifically, first, the semiconductor fine particles are suspended in an appropriate solvent to obtain a suspension. Examples of such solvents include glyme solvents such as ethylene glycol monomethyl ether, alcohols such as isopropyl alcohol, alcohol-based mixed solvents such as isopropyl alcohol / toluene, and water. Further, instead of such a suspension, a commercially available titanium oxide paste (for example, Solaronix, Ti-nanoxide, T, D, T / SP, D / SP) may be used.
次いで、得られた懸濁液を支持体1の領域b上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行って多孔性半導体層を支持体1上に形成する。塗布する方法は、ドクターブレード法、スキージ法、スピンコート法、スクリーン印刷法など公知の方法を用いることができる。特に、光電変換層11とセル間絶縁部3が接触するように形成する場合、すなわち、図1に示すように、セル間絶縁部3によって分割される領域全域に光電変換層11を形成する場合には、ペースト粘性を低く調整し、これをディスペンサーなどからセル間絶縁部3によって分割される領域に塗布することが好ましい。ペースト粘性が低いことにより、ペーストが自重で当該領域の端部まで広がるため、容易にレベリングすることができる。
Next, the obtained suspension is applied onto the region b of the
乾燥および焼成に必要な温度、時間、雰囲気などは、半導体微粒子の種類に応じて適宜設定すればよく、たとえば、大気雰囲気下または不活性ガス雰囲気下で、50〜800℃程度の範囲で10秒〜12時間程度行うことができる。この乾燥および焼成は、単一の温度で1回行ってもよく、温度を変化させて2回以上行ってもよい。 What is necessary is just to set suitably the temperature, time, atmosphere, etc. which are required for drying and baking according to the kind of semiconductor fine particle, for example, 10 second in the range of about 50-800 degreeC by air | atmosphere atmosphere or inert gas atmosphere. It can be performed for about 12 hours. This drying and baking may be performed once at a single temperature, or may be performed twice or more by changing the temperature.
多孔性半導体層は、複数層であってもよい。この場合、異なる半導体微粒子の懸濁液を調製し、塗布、乾燥および焼成の少なくとも一方を行う工程を2回以上繰り返せばよい。また、多孔性半導体層を形成した後、半導体微粒子同士の電気的接続の向上、多孔性半導体層の表面積の増加、半導体微粒子上の欠陥準位の低減などの、性能向上を目的として、後処理を行ってもよい。たとえば、多孔性半導体層が酸化チタン膜の場合には、四塩化チタン水溶液で処理することによって、多孔性半導体層の性能を向上させることができる。 The porous semiconductor layer may be a plurality of layers. In this case, a process of preparing a suspension of different semiconductor fine particles and performing at least one of coating, drying and baking may be repeated twice or more. In addition, after the formation of the porous semiconductor layer, post-treatment is performed for the purpose of improving the performance such as improving the electrical connection between the semiconductor fine particles, increasing the surface area of the porous semiconductor layer, and reducing the defect level on the semiconductor fine particles. May be performed. For example, when the porous semiconductor layer is a titanium oxide film, the performance of the porous semiconductor layer can be improved by treating with a titanium tetrachloride aqueous solution.
ところで、本実施形態において、光電変換層11は、領域bの全面に均一に形成されることが好ましく、この場合、セル間絶縁部3と光電変換層11は接触することになる。このような構成の場合、たとえば、通常のスクリーン印刷用のペーストを用いて、セル間絶縁部3の間の領域bに図1に示すような多孔性半導体層を形成することが難しい場合がある。通常、スクリーン印刷は、スクリーンパターンにペーストを充填し、それをスキージでおさえて印刷対象の基板とスクリーンを接触させながら印刷するものであるため、スクリーンと基板が接触しない部分への印刷精度は、他の部分に比べて低くなってしまうためである。
By the way, in this embodiment, it is preferable that the photoelectric converting
そこで、光電変換層11を領域bの全面に均一に形成するためには、ペースト粘性を低く調整し、これをディスペンサーなどから領域b内に塗布することが好ましい。この場合、ペースト粘性が低いために、ペーストが自重で領域bの端部まで広がるため、容易にレベリングすることができる。その後、塗布されたペーストを乾燥または焼成することによって多孔性半導体層が形成される。
Therefore, in order to uniformly form the
2.第1電極の形成
次に、多孔性半導体層(色素未吸着の光電変換層11)上に第1電極12を形成する。第1電極12の一端は、後に形成される第2電極14の一端と接続するために、セル間絶縁部3の表面にまで延在するように形成される。なお、形成方法は特に制限されず、たとえば、スパッタ法、スプレー法などの公知の方法を用いることができる。第1電極12の構造が緻密である場合には、小孔を形成してもよい。また、レーザスクライブ法などを用いて、電極形状をストライプ形状や格子形状にしてもよい。2. Formation of First Electrode Next, the
3.多孔性絶縁層の形成
次に、第1電極12上に多孔性絶縁層13を形成する。多孔性絶縁層13は多孔性半導体層と同様の方法によって形成することができる。すなわち、微粒子状の絶縁物を適当な溶剤に分散し、さらにエチルセルロース、ポリエチレングリコール(PEG)などの高分子化合物を混合してペーストを得、得られたペーストを第1電極12上に塗布し、乾燥および焼成の少なくとも一方を行う。これにより、第1電極12上に多孔性の多孔性絶縁層13を容易に形成することができる。3. Formation of Porous Insulating Layer Next, the porous insulating
なお、第2電極14の形成を容易にし、第1電極12と第2電極14とをより確実に接続されるためには、多孔性絶縁層13の表面と、セル間絶縁部3の上面とが連なって1つの面が形成されるように(図1参照。)、各層の厚みまたはセル間絶縁部3の高さを調製することが好ましい。
In order to facilitate the formation of the
4.触媒層の形成
多孔性絶縁層13と第2電極14との間に、触媒層を配置する場合には、第2電極14を形成する前に、多孔性絶縁層13の表面に触媒層を形成する。触媒層の形成方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。具体的には、触媒層として白金を用いる場合、スパッタ法、塩化白金酸の熱分解、電着などの方法を用いて、多孔性絶縁層13上に形成することができる。また、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブ、フラーレンなどのカーボンを用いる場合には、溶剤に分散してペースト状にしたカーボンをスクリーン印刷法などを用いて多孔性絶縁層13に塗布することにより形成することができる。4). Formation of catalyst layer When a catalyst layer is disposed between the porous insulating
5.第2電極の形成
次に、多孔性絶縁層13上に第2電極14を形成する。第2電極14の形成方法には、第1電極12の形成方法と同様の方法を用いることができる。第2電極14の構造が緻密である場合には、小孔を形成してもよい。また、レーザスクライブ法などを用いて、電極形状をストライプ形状や格子形状にしてもよい。5. Formation of Second Electrode Next, the
6.色素の吸着
次に、多孔性半導体層に色素を吸着させて、光電変換層11を完成させる。多孔性半導体層に上記色素を吸着させる方法としては、たとえば、色素を溶解した溶液(色素吸着用溶液)を多孔性半導体層に浸透させる方法が挙げられる。この際、色素吸着用溶液を多孔性半導体層内の微細孔奥部まで浸透させるために、色素吸着用溶液を加熱してもよい。6). Next, the
色素を溶解させる溶剤としては、色素を溶解するものであればよく、たとえば、アルコール、トルエン、アセトニトリル、テトラヒドロフラン(THF)、クロロホルム、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。これらの溶剤は、精製されたものが好ましく、2種類以上を混合して用いてもよい。色素吸着用溶液中の色素濃度は、使用する色素、溶剤の種類、色素吸着工程などの条件に応じて適宜設定することができる。吸着機能を向上させるためには、高濃度であることが好ましく、たとえば、1×10-5mol/L以上が好ましい。色素吸着用溶液の調製においては、色素の溶解性を向上させるために溶剤を加熱してもよい。以上の工程により、セル間絶縁部3で分割された領域bに、積層体15が形成される。The solvent for dissolving the dye may be any solvent that can dissolve the dye, and examples thereof include alcohol, toluene, acetonitrile, tetrahydrofuran (THF), chloroform, dimethylformamide and the like. These solvents are preferably purified and may be used in combination of two or more. The dye concentration in the dye adsorption solution can be appropriately set according to the conditions such as the dye to be used, the type of solvent, and the dye adsorption process. In order to improve the adsorption function, a high concentration is preferable, for example, 1 × 10 −5 mol / L or more is preferable. In preparing the dye adsorption solution, the solvent may be heated in order to improve the solubility of the dye. Through the above steps, the
(接続部の形成)
次に、図4のステップS3において、セル間絶縁部3上に接続部4を形成する。接続部4の形成方法は、セル間絶縁部3の形成方法と同様の方法を用いることができる。特に、接続部4は、第1電極12と第2電極14との接続領域を覆うように、セル間絶縁部3上に形成されることが好ましい。(Formation of connection part)
Next, in step S <b> 3 of FIG. 4, the
(カバー体の配置)
次に、図4のステップS4において、接続部4上にカバー体2を配置して接続部4を硬化させることによって、カバー体2と接続部4とを固着させる。なお、この段階でのカバー体2には、支持体1、カバー体2、セル間絶縁部3および接続部4によって分割される各領域にキャリア輸送材料を注入できるように、注入口が形成されている。(Arrangement of cover body)
Next, in step S4 in FIG. 4, the
(キャリア輸送材料層の形成)
次に、図4のステップS5において、積層体15とカバー体2との間に、キャリア輸送材料層16を形成する。具体的には、カバー体2の各注入口より、各領域内にキャリア輸送材料を注入する。これにより、積層体15とカバー体2との間の領域にキャリア輸送材料が充填され、キャリア輸送材料層16が形成される。なお、多孔性である光電変換層11および多孔性絶縁層13の孔内、また、第1電極12や第2電極14の小孔内にもキャリア輸送材料が充填される。(Formation of carrier transport material layer)
Next, in step S <b> 5 of FIG. 4, the carrier
(封止)
そして、最後に、図4のステップS6において、カバー体2の注入口を樹脂などで塞ぐことによって、キャリア輸送材料をセル10内に封止して、モジュール100を完成させる。(Sealing)
Finally, in step S6 of FIG. 4, the carrier transport material is sealed in the
上述した色素増感太陽電池モジュールの製造方法により、上記モジュール100を高い生産性で歩留まり良く製造することができる。また、他の製造方法として、セル間絶縁部3を図6に示すようなストライプ形状となるように形成してもよい。この場合、図6中のセル間絶縁部3と図中の点線で囲まれる領域cに積層体15を形成した後に、開放されている両端部(図6中の点線部分)にさらに絶縁部を形成して領域cを環囲することができる。
With the above-described method for manufacturing a dye-sensitized solar cell module, the
≪実施の形態2≫
本実施の形態2の色素増感太陽電池モジュールにおいて、従来のような透明導電膜付ガラス基板を用いず、各色素増感太陽電池セルの分割を新規な構成で行なう。この構成により、集積密度に影響を及ぼすことなく、各色素増感太陽電池セルの安定的な分割が可能となり、もって、色素増感太陽電池モジュールの光電変換効率が向上する。以下、図面を参照しながら、実施の形態2の色素増感太陽電池モジュールの一例について説明する。<<
In the dye-sensitized solar cell module according to
<色素増感太陽電池モジュール>
図7は、実施の形態2の色素増感太陽電池モジュールの構造の一例を模式的に示す断面図である。図7において、色素増感太陽電池モジュール(以下、「モジュール」ともいう。)200は、対向する支持体1とカバー体2との間に、直列に接続された複数の色素増感太陽電池セル(以下、「セル」ともいう。)20を有する。モジュール200は、さらに、支持体1上に形成され、後述する複数の積層体15のそれぞれを分割するセル間絶縁部3と、該セル間絶縁部3とカバー体2との間に形成され、セル間絶縁部3とカバー体2との間隔を保持する接続部4と、を有する。<Dye-sensitized solar cell module>
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the structure of the dye-sensitized solar cell module according to the second embodiment. In FIG. 7, a dye-sensitized solar cell module (hereinafter also referred to as “module”) 200 includes a plurality of dye-sensitized solar cells connected in series between a
セル20は、支持体1上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層11、第1電極12、多孔性絶縁層13、第2電極14の順に積層された積層体15を有する。隣り合う積層体15のうち、一方の積層体15の第1電極12は、両積層体15の間に配置されたセル間絶縁部3の表面上にまで延設され、他方の積層体15の第2電極14は、多孔性絶縁層13の側面に沿って同セル間絶縁部3の表面上にまで延設されている。そして、当該第1電極12と第2電極14とは、間に配置されるセル間絶縁部3の表面上で接触している。この構成により、各セル20は直列に接続される。なお、モジュール200の左端に露出する第2電極14および右端に露出する第1電極12はモジュール200の取り出し電極としても機能する。
The
各セル20において、実施の形態1と同様に、第1電極12および第2電極14が直列に接続されている以外の構成は、セル間絶縁部3および接続部4によって隔絶されている。また、各セル20は、支持体1、カバー体2、セル間絶縁部3および接続部4によって分割されており、分割された各セル20内には、キャリア輸送材料が充填されている。したがって、積層体15とカバー体2との間の領域には、キャリア輸送材料層16が形成されることになる。なお、各セル20内の隙間、たとえば、光電変換層11や多孔性絶縁層13の内部にもキャリア輸送材料が浸透していることはいうまでもない。
In each
次に、図7〜図9を用いて、モジュール200を構成する各構成要素について詳細に説明する。ただし、実施の形態1と同様の構成を有する各構成要素については、その説明は繰り返さない。したがって、以下には、実施の形態1と異なる点について説明する。
Next, each component which comprises the
(セル間絶縁部)
セル間絶縁部3の厚さ(高さ)は、光電変換層11の厚さと同一であることが好ましい。この構成により、光電変換層11の表面に沿ってセル間絶縁部3の表面に延設される第1電極12の形成が容易となり、第1電極12の欠損、断裂などによる光電変換効率の低下を抑制することができる。なお、「同一」とは、実質的に同一であることをいい、第1電極12の形成に大きく影響しない程度の差異を含む意味である。(Insulation between cells)
The thickness (height) of the inter-cell insulating
ここで、セル間絶縁部3の形状について、図8を用いて説明する。
図8は、図7における領域Bを模式的に示す拡大図である。第1電極12と第2電極14とは、セル間絶縁部3の表面上で接触するが、図8に示すように、セル間絶縁部3がフラットな上面3aを有することが好ましい。この場合、第1電極12と第2電極14とを、上面3a上で容易に接触させることができる。また、第1電極12と第2電極14との接続をセル間絶縁部3の表面上で行なうことにより、支持体1の受光領域において光電変換層11を配置することができる領域を大きくすることができる。すなわち、この構成により、モジュール100の集積密度を大きくすることができ、もって、モジュール100の光電変換効率を大きくすることができる。また、このような上面3aを有することにより、接続部4との固着も容易となる。Here, the shape of the inter-cell insulating
FIG. 8 is an enlarged view schematically showing a region B in FIG. Although the
また、セル間絶縁部3は、図7に示すように、高さ方向における断面形状が台形であることが好ましい。この場合、セル間絶縁部3の側面と、光電変換層11の側面とを均一に接触させることができ、モジュールの集積密度をさらに向上させることができる。
Further, as shown in FIG. 7, the inter-cell insulating
(接続部)
図8に示すように、接続部4は、第1電極12と第2電極14との接続領域を覆うように設けられる。具体的には、セル間絶縁部3の表面上に延設される第1電極12の端部と、多孔性絶縁層13の側面に沿って延設される第2電極14の端部とを覆う。(Connection part)
As shown in FIG. 8, the
カバー体2とセル間絶縁部3とを、接続部4を用いることなく、第1電極12、第2電極14および多孔性絶縁層13のみを介して固着した場合、第1電極12、第2電極14および多孔性絶縁層13のそれぞれの界面の強度が低いために、応力の発生によって剥離、欠損等が生じる虞がある。
When the
これに対し、図8に示すように、セル間絶縁部3とカバー体2との間に接続部4を配置することによって、セル間絶縁部3とカバー体2との間隔を接続部4によって保持することができる。したがって、落下物などによる応力(衝撃)や長期の使用によってモジュール200に発生しがちなたわみなどを、接続部4によって吸収することができ、もって、モジュール200の強度を向上させてモジュール200の性能低下を抑制することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, by arranging the connecting
また、接続部4が第1電極12と第2電極14との接続領域を覆うことにより、セル20間での短絡を抑制することができる。さらに、実施の形態1と同様に、接続部4は、隣り合うキャリア輸送材料層16同士を隔絶する隔壁を兼ねるため、接続部4を設けることにより、各セル20の分割(封止)を高い精度で行なうことができる。
Further, since the
また、接続部4は、多孔性絶縁層13の一部に浸透していることが好ましい。なお、接続部4が多孔性絶縁層13の一部に浸透しているとは、第2電極14中の空隙や多孔性絶縁層13中の空隙に接続部4の材料が浸透していることを意味する。接続部4の一部は、特に、セル間絶縁部3と第2電極14との間に位置する多孔性絶縁層13中(たとえば、図9中の領域d)に浸透していることが好ましい。接続部4を多孔性絶縁層13中に浸透させることができる理由は以下の通りである。
Moreover, it is preferable that the
接続部4は、セル間絶縁部3上に位置する第1電極12および第2電極14の各表面上に紫外線硬化性樹脂および熱硬化性樹脂の少なくとも1種からなる樹脂を塗布し、これを硬化させることによって形成することができる。一方、セル20において、キャリア輸送材料層16中のキャリア輸送材料は光電変換層11にまで移動できるように、第1電極12、多孔性絶縁層13および第2電極14は、キャリア輸送材料が通過可能な程度の緻密性を有している。したがって、第2電極14の表面上に塗布される樹脂の量、粘度、塗布方法などを適宜調整することにより、接続部4の材料である樹脂を第2電極14中に浸透させ、さらに第2電極14の下に位置する多孔性絶縁層13中に浸透させることができる。
The
上記のように、第2電極14の表面から多孔性絶縁層13を介してセル間絶縁部3の上面3aにまで接続部4が浸透していることによって、集積密度に影響を及ぼすことなく、接続部4を実質的に大きく構成することができる。したがって、より効果的に、モジュール200の性能低下を抑制するとともに、その強度を向上させることができる。
As described above, the
たとえば、図9に示す領域dに接続部4の材料が浸透している場合には、第1電極12が形成されていないセル間絶縁部3の表面に接続部4が浸透することになるため、強度の向上に加え、短絡防止の効果を高めることができる。なお、領域dとは、図中太鎖線で囲まれた略長方形の領域をいう。また、セル間絶縁部3と第2電極14との間に位置する多孔性絶縁層13中の全域に接続部3が浸透している場合には、さらにモジュール200の強度を高めることができる。
For example, when the material of the
(光電変換層)
光電変換層11は、色素を吸着した多孔性半導体層からなり、キャリア輸送材料が層内外を移動することができる。なお、多孔性半導体層の厚さ、すなわち光電変換層11の厚さは、セル間絶縁部3の高さと同一であることが好ましい。(Photoelectric conversion layer)
The
(多孔性絶縁層)
本実施の形態2において、多孔性絶縁層13の形状は、図8に示すように、第2電極14が延設される側面13aがセル間絶縁部3の上面3aに対して傾斜していることが好ましい。この理由について、図9を用いて説明する。(Porous insulation layer)
In the second embodiment, the shape of the porous insulating
図9を参照し、第2電極14は、第1電極12と同様に、スパッタ法、スプレー法などの公知の方法により多孔性絶縁層13上に形成される。このとき、第2電極14の一部は、多孔性絶縁層13中に浸透することになる。この場合、図9に示すように、多孔性絶縁層13の側面13aがセル間絶縁部3の上面3aに対して傾斜している場合、モジュール200の厚み方向において、第2電極14と第1電極12の表面との距離は、互いに接触する領域(以下、「接触領域」という。)から図中左側に進むに連れて小さくなり、最終的に、第2電極14と第1電極12とが接触する。このため、図9の領域eのように、第1電極12と第2電極14との距離が近い部分では、多孔性絶縁層13中に浸透した第2電極14が第1電極12の表面にまで到達することができる。なお、領域eとは、図中太一点鎖線で囲まれた略三角形の領域をいう。第2電極14が多孔性絶縁層13に浸透して第1電極12に到達することにより、第1電極12と第2電極14との接触領域を実質的に広くすることができ、直列接続の不具合による短絡や抵抗増加によるモジュール性能の低下を抑制することができる。
Referring to FIG. 9, the
第2電極14が浸透する領域eの幅(図9中の横方向)は図9に示す領域に限られないが、1つのセル20を構成する第1電極12(図9中右側の第1電極12)と第2電極14とが接することがないように設計する必要がある。
The width (horizontal direction in FIG. 9) of the region e through which the
(第2電極)
本実施の形態2において、多孔性絶縁層13の側面13aが傾斜していることにより、第2電極14が多孔性絶縁層13の一部(たとえば、領域e)に浸透して多孔性絶縁層13の下に位置する第1電極12の表面に到達することができる。この場合、第1電極12と第2電極14との接触領域を実質的に広くすることができ、直列接続の不具合による短絡や抵抗増加によるモジュール性能の低下を抑制することができる。(Second electrode)
In the second embodiment, since the
上述した本発明に係るモジュール200によれば、第1電極12と第2電極14が、セル間絶縁部3の表面上で接続している。この構成により、受光面側に第1電極12や第2電極14が存在することによる受光ロスが抑制されるため、短絡電流を増加させることができ、結果的に、光電変換効率を高めることができる。特に、図7に示すように、2つのセル間絶縁部3の間の全域に光電変換層11を形成することによって、集積密度を高めることができるため、光電変換効率をより向上させることができる。また、特許文献4のように、複雑な構造の電極を用いる必要がないため、メートル角のモジュールを実現することができる。
According to the
また、本発明に係るモジュール200は、セル間絶縁部3とカバー体2との間に接続部4が形成されており、セル間絶縁部3とカバー体2とは、第1電極12と第2電極14との接続領域と接続部4とを介して、固着されることになる。この構成により、各セル20同士は高精度に分割されて隔絶されるため、各セル20間でのキャリア輸送材料の移動を十分に抑制することができる。したがって、各セル20間での電位差を確実に維持することができ、もって高い光電変換効率を維持することができる。特に、第1電極12と第2電極14とが接続される領域およびその近傍を覆う状態で接続部4を形成することにより、セル20内部での短絡を容易に防ぐことができる。
Further, in the
また、接続部4が存在することにより、たとえば、モジュール200の厚み方向に力が加えられた場合でも、第1電極12や第2電極14とカバー体2との接触を効果的に抑制することができる。したがって、光電変換に重要な積層体15の損傷を防ぐことができる。特に、接続部4が多孔性絶縁層13内部に浸透して、セル間絶縁部3にまで到達していることにより、集積密度に影響を及ぼすことなく、モジュール200の強度をさらに向上させることができるとともに、各セルの分割(封止)をより確実に行なうことができる。
Further, the presence of the connecting
また、第2電極14は、第1電極12に直接接するだけでなく、多孔性絶縁層13中に浸透して第1電極12に到達することによって、間接的にも接触していることが好ましい。これにより、モジュール200の集積密度に影響を及ぼすことなく、第1電極12と第2電極14との接触領域を実質的に広げることができ、より確実な直列接続が可能となる。
In addition, the
<色素増感太陽電池モジュールの製造方法>
以下に、図5、図7および図10を用いて、実施の形態2のモジュール200の製造方法ついて説明する。図10は、実施の形態2の色素増感太陽電池モジュールの製造方法の好ましい一例のフローチャートである。<Method for producing dye-sensitized solar cell module>
Below, the manufacturing method of the
(セル間絶縁部の形成)
まず、図10のステップS11において、支持体1上にセル間絶縁部3を形成する。(Formation of insulation between cells)
First, in step S <b> 11 of FIG. 10, the inter-cell insulating
セル間絶縁部3は、後に形成される光電変換層11を分割するように形成される。たとえば、図5に示すように、支持体1上に、短冊形状の積層体15形成用の領域(図5中の領域b)を環囲するように格子状に形成することができる。なお、セル間絶縁部3は、図8または図9に示すように、平坦な上面3aを有する形状であることが好ましい。この場合、第1電極12および第2電極14のセル間絶縁部3上での接続性を高めることができる。より好ましくは、セル間絶縁部3は、図7に示すように、台形であることが好ましい。この場合、上記効果に加え、セル間絶縁部3で環囲する領域bに、積層体15を容易に均一に形成することができる。なお、具体的な形成方法は、実施の形態1と同様である。
The inter-cell insulating
(積層体の形成)
次に、図10のステップS12において、セル間絶縁部3で分割された領域b(図5参照)に、積層体15を形成する。積層体15は、多孔性半導体層(色素未吸着の光電変換層11)、第1電極12、多孔性絶縁層13および第2電極14の順に形成され、多孔性半導体層に色素を吸着させることによって光電変換層11を完成させることによって作製される。以下、順に説明する。(Formation of laminate)
Next, in step S <b> 12 of FIG. 10, the
1.多孔性半導体層の形成
まず、支持体1の領域b上に光電変換層11を構成する多孔性半導体層が形成される。具体的な多孔性半導体層の形成方法の例は、実施の形態1と同様である。1. Formation of Porous Semiconductor Layer First, the porous semiconductor layer constituting the
2.第1電極の形成
次に、多孔性半導体層(色素未吸着の光電変換層11)上に第1電極12を形成する。第1電極12の一端は、後に形成される第2電極14の一端と接続するために、セル間絶縁部3の表面にまで延在するように形成される。なお、具体的な第1電極12の形成方法の例は、実施の形態1と同様であるため、その説明は繰り返さない。2. Formation of First Electrode Next, the
特に、多孔性半導体層の厚みと、セル間絶縁部3の高さとが一致または近似している場合には、第1電極12を多孔性半導体層上からセル間絶縁部3の上面3a(図8または図9参照。)にまで、容易に均一に形成することができる。
In particular, when the thickness of the porous semiconductor layer and the height of the inter-cell insulating
3.多孔性絶縁層の形成
次に、第1電極12上に多孔性絶縁層13を形成する。具体的な多孔性絶縁層13の形成方法の例は、実施の形態1と同様である。また、たとえば、ペーストを用いて多孔性絶縁層13を形成する場合、ペーストの粘性係数を調整し、ペースト塗布後のレベリング工程の温度、時間などや、塗布後の乾燥工程の温度、時間などを調整することによって、第2電極14が延設される側面13aをセル間絶縁部3の上面3aに対して傾斜させることができる。あるいは、乾燥または焼成後の多孔性絶縁層13の一部をレーザなどによって削り取ることにより、傾斜する側面13aを形成させることもできる。3. Formation of Porous Insulating Layer Next, the porous insulating
4.触媒層の形成
多孔性絶縁層13と第2電極14との間に、触媒層を配置する場合には、第2電極14を形成する前に、多孔性絶縁層13の表面に触媒層を形成する。具体的な触媒層の形成方法の例は、実施の形態1と同様である。4). Formation of catalyst layer When a catalyst layer is disposed between the porous insulating
5.第2電極の形成
次に、多孔性絶縁層13上に第2電極14を形成する。具体的な第2電極14の形成方法の例は、実施の形態1と同様である。5. Formation of Second Electrode Next, the
上記のように多孔性絶縁層13の側面13aが傾斜している場合には、第2電極14を、多孔性絶縁層13の側面13aに沿ってセル間絶縁部3の上面3aにまで延在するように、容易に形成することができる。これにより、第2電極14と第1電極12とのセル間絶縁部3上での接続性が向上するとともに、第2電極14の断線を防止することができる。
When the
また、側面13aが傾斜していることにより、上述したように、第2電極14が多孔性絶縁層13の一部(たとえば、図9中の領域e)に浸透して多孔性絶縁層13の下に位置する第1電極12の表面に到達することができる。この場合、第1電極12と第2電極14との接触領域を実質的に広くすることができ、直列接続の不具合による短絡や抵抗増加によるモジュール性能の低下を抑制することができる。
Further, since the
6.色素の吸着
次に、多孔性半導体層に色素を吸着させて、光電変換層11を完成させる。具体的な色素の吸着方法の例は、実施の形態1と同様である。以上の工程により、セル間絶縁部3で分割された領域bに、積層体15が形成される。6). Next, the
(接続部の形成)
次に、図10のステップS13において、セル間絶縁部3上に接続部4を形成する。具体的な接続部4の吸着方法の例は、実施の形態1と同様である。(Formation of connecting part)
Next, in step S <b> 13 of FIG. 10, the
本実施の形態2において、多孔性絶縁層13を形成し、第2電極14を形成した後に、接続部4を形成するので、接続部4の材料を第2電極14および多孔性絶縁層13中に浸透させることができる。接続部4の材料を、第2電極14および多孔性絶縁層13に浸透させた状態で硬化させることにより、モジュールの集積密度に影響を及ぼすことなく、接続部4を実質的に大きく構成することができる。
In
(カバー体の配置)
次に、図10のステップS14において、接続部4上にカバー体2を配置して接続部4を硬化させることによって、カバー体2と接続部4とを固着させる。なお、この段階でのカバー体2には、実施の形態1と同様に、支持体1、カバー体2、セル間絶縁部3および接続部4によって分割される各領域にキャリア輸送材料を注入できるように、注入口が形成されている。(Arrangement of cover body)
Next, in step S <b> 14 of FIG. 10, the
(キャリア輸送材料層の形成)
次に、図10のステップS15において、積層体15とカバー体2との間に、キャリア輸送材料層16を形成する。具体的なキャリア輸送材料層16の形成方法の例は、実施の形態1と同様である。(Formation of carrier transport material layer)
Next, in step S <b> 15 of FIG. 10, the carrier
(封止)
そして、最後に、図10のステップS16において、カバー体2の注入口を樹脂などで塞ぐことによって、キャリア輸送材料をセル20内に封止して、モジュール200を完成させる。(Sealing)
Finally, in step S16 of FIG. 10, the carrier transport material is sealed in the
上述した色素増感太陽電池モジュールの製造方法により、上記モジュール200を高い生産性で歩留まり良く製造することができる。また、他の製造方法として、セル間絶縁部3を図6に示すようなストライプ形状となるように形成してもよい。この場合、図6中のセル間絶縁部3と図中の点線で囲まれる領域cに積層体15を形成した後に、開放されている両端部に絶縁部を形成して領域cを環囲することができる。
With the above-described method for manufacturing a dye-sensitized solar cell module, the
本発明を実施例1〜7によりさらに具体的に説明するが、これらの実施例1〜7により本発明が限定されるものではない。なお、実施例1〜7において、各層の厚さは、特に断りのない限り、株式会社東京精密製、商品名:サーフコム1400Aを用いて測定した。 The present invention will be described more specifically with reference to Examples 1 to 7, but the present invention is not limited to these Examples 1 to 7. In Examples 1 to 7, the thickness of each layer was measured using a product name: Surfcom 1400A manufactured by Tokyo Seimitsu Co., Ltd., unless otherwise specified.
<実施例1>
実施例1として、図1に示すモジュール100と同様の構成であって、高さ方向の断面形状が台形のセル間絶縁部を有するモジュールを製造した。すなわち、実施例1において、支持体の表面とセル間絶縁部の側面とが成す角度は90度未満である。以下、モジュールの製造方法について説明する。<Example 1>
As Example 1, a module having the same configuration as that of the
(セル間絶縁部の形成)
支持体として、51mm×70mm×厚さ1mmのガラス基板(コーニング社7059)を用意し、該支持体上に、焼成後の形状が1mm×50mm×16μmとなる短冊形状を5mm間隔で並ぶスクリーン印刷版を配置した。そして、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型式:LS−34TVA)を用いてガラスペースト(ノリタケカンパニーリミテド製、商品名:ガラスペースト)を塗布し、100℃で15分間乾燥させた後、焼成炉を用いて500℃で60分間焼成し、セル間絶縁部を形成した。なお、形成されたセル間絶縁部の形状は、図6に示す形状と同様である。(Formation of insulation between cells)
As a support, a 51 mm × 70 mm × 1 mm thick glass substrate (Corning 7059) is prepared, and on this support, screen-printed strips having a shape of 1 mm × 50 mm × 16 μm are arranged at intervals of 5 mm. A plate was placed. Then, after applying a glass paste (manufactured by Noritake Co., Ltd., trade name: glass paste) using a screen printing machine (Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd., model: LS-34TVA) and drying at 100 ° C. for 15 minutes. Then, firing was performed at 500 ° C. for 60 minutes using a firing furnace to form an inter-cell insulating portion. The shape of the formed inter-cell insulating portion is the same as that shown in FIG.
(積層体の形成)
1.多孔性半導体層の形成
まず、支持体上に、焼成後の形状が5mm×50mm×12μmとなるように、短冊形状が1mm間隔で並ぶスクリーン印刷版を用意し、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型式:LS−34TVA)を用いて酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide T/SP、平均粒径13nm)を塗布し、室温で1時間レベリングを行った。次いで、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後、450℃で1時間焼成し、この工程を2回繰り返して多孔性半導体層(酸化チタン膜)をセル間絶縁部で分割された領域に形成した。(Formation of laminate)
1. Formation of Porous Semiconductor Layer First, a screen printing plate in which strips are arranged at intervals of 1 mm so that the shape after firing is 5 mm × 50 mm × 12 μm is prepared on a support. Titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide T / SP,
2.第1電極の形成
次に、5.9mm×50mmの開口部が5個並ぶメタルマスクを用意し、多孔性半導体層とセル間絶縁部の上面全てがメタルマスクの開口部と一致するように配置し、チタンを電子ビーム蒸着器ei−5(アルバック株式会社製)を用いて蒸着速度5Å/Sで成膜して厚さ約500nmの第1電極を形成した。そして、形成した第1電極をYAGレーザー(基本波長:1.06μm)を搭載したレーザースクライブ装置(西進商事株式会社製)を用いて、レーザー光を照射してチタンを蒸発させた。これにより、スクライブライン(50μm)を100μm間隔で作製し、ストライプ形状の第1電極を完成させた。2. Formation of the first electrode Next, a metal mask having five openings of 5.9 mm × 50 mm is prepared, and arranged so that all the upper surfaces of the porous semiconductor layer and the inter-cell insulating part coincide with the openings of the metal mask. Then, a first electrode having a thickness of about 500 nm was formed by forming a film of titanium using an electron beam vapor deposition device ei-5 (manufactured by ULVAC, Inc.) at a vapor deposition rate of 5 Å / S. The formed first electrode was irradiated with laser light using a laser scribing device (manufactured by Seishin Shoji Co., Ltd.) equipped with a YAG laser (basic wavelength: 1.06 μm) to evaporate titanium. As a result, scribe lines (50 μm) were formed at intervals of 100 μm to complete the stripe-shaped first electrode.
3.多孔性絶縁層の形成
次に、酸化ジルコニウムの微粒子(粒径100nm、シーアイ化成株式会社製)をテルピネオールに分散させ、さらにエチルセルロースを混合してペーストを調製した。なお、酸化ジルコニウム微粒子とテルピネオールとエチルセルロースの重量比は、酸化ジルコニウム微粒子:テルピネオール:エチルセルロース=65:30:5であった。そして、焼成後の形状が5mm×50mm×3.5μmとなるように、短冊形状が1mm間隔で並ぶスクリーン印刷版を用意し、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型式:LS−34TVA)を用いて得られたペーストを第1電極上に塗布し、室温で1時間レベリングを行った。レベリング後、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後、450℃で1時間焼成して、多孔性絶縁層(酸化ジルコニウム膜)を形成した。3. Formation of Porous Insulating Layer Next, fine particles of zirconium oxide (particle size: 100 nm, manufactured by C.I. Kasei Co., Ltd.) were dispersed in terpineol and further mixed with ethyl cellulose to prepare a paste. The weight ratio of the zirconium oxide fine particles, terpineol, and ethyl cellulose was zirconium oxide fine particles: terpineol: ethyl cellulose = 65: 30: 5. A screen printing plate in which strips are arranged at 1 mm intervals so that the shape after firing is 5 mm × 50 mm × 3.5 μm is prepared, and a screen printing machine (manufactured by Neurong Seimitsu Co., Ltd., model: LS-34TVA) is prepared. ) Was applied onto the first electrode and leveled at room temperature for 1 hour. After leveling, the obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes, and then fired at 450 ° C. for 1 hour to form a porous insulating layer (zirconium oxide film).
4.触媒層の形成
次に、多孔性絶縁層と第2電極との界面に触媒層を形成すべく、多孔性絶縁層上に触媒層を形成した。具体的には、5mm×50mmの開口部が5個並ぶメタルマスクを用意し、多孔性絶縁層上に白金を電子ビーム蒸着器ei−5(アルバック株式会社製)を用いて蒸着速度5Å/Sで成膜した。これにより、厚さ約20nmの白金からなる触媒層を形成した。4). Formation of catalyst layer Next, a catalyst layer was formed on the porous insulating layer in order to form a catalyst layer at the interface between the porous insulating layer and the second electrode. Specifically, a metal mask in which five openings of 5 mm × 50 mm are arranged is prepared, and platinum is deposited on the porous insulating layer using an electron beam deposition device ei-5 (manufactured by ULVAC, Inc.) at a deposition rate of 5 Å / S. The film was formed. Thereby, a catalyst layer made of platinum having a thickness of about 20 nm was formed.
5.第2電極の形成
次に、5.9mm×50mmの開口部が5個並ぶメタルマスクを用意し、多孔性絶縁層上と、セル間絶縁部上に形成された第1電極上に形成されるようにメタルマスクを配置し、チタンを電子ビーム蒸着器ei−5(アルバック株式会社製)を用いて蒸着速度5Å/Sで成膜した。これにより、多孔性絶縁層上および露出しているセル間絶縁部上の第1電極上に厚さ約500nmの第2電極を形成した。これにより、ストライプ形状の第2電極が形成された。5. Formation of Second Electrode Next, a metal mask having five 5.9 mm × 50 mm openings is prepared and formed on the porous insulating layer and the first electrode formed on the inter-cell insulating part. Thus, a metal mask was arranged, and titanium was deposited at an evaporation rate of 5 Å / S using an electron beam evaporator ei-5 (manufactured by ULVAC, Inc.). Thus, a second electrode having a thickness of about 500 nm was formed on the first electrode on the porous insulating layer and on the exposed inter-cell insulating portion. As a result, a stripe-shaped second electrode was formed.
6.色素の吸着
まず、色素(Solaronix社製、商品名:Ruthenium620−1H3TBA)を、濃度4×10-4mol/Lになるように、体積比1:1のアセトニトリル(Aldrich Chemical Company製)とt−ブチルアルコール(Aldrich Chemical Company製)の混合溶剤に溶解させて色素吸着用溶液を得た。そして、前記工程を経て得られた積層体(色素未吸着)を色素吸着用溶液に40℃の温度条件で20時間浸漬し、色素を多孔質半導体層に吸着させた。その後、積層体をエタノール(Aldrich Chemical Company製)で洗浄し、約80℃で約10分間乾燥させた。6). Adsorption of dye First, a dye (manufactured by Solaronix, trade name: Ruthenium 620-1H3TBA) was mixed with acetonitrile (manufactured by Aldrich Chemical Company) at a volume ratio of 1: 1 so as to have a concentration of 4 × 10 −4 mol / L and t- It was dissolved in a mixed solvent of butyl alcohol (manufactured by Aldrich Chemical Company) to obtain a dye adsorption solution. And the laminated body (dye | dye non-adsorption) obtained through the said process was immersed in the dye adsorption solution for 20 hours on 40 degreeC temperature conditions, and the pigment | dye was made to adsorb | suck to a porous semiconductor layer. Thereafter, the laminate was washed with ethanol (manufactured by Aldrich Chemical Company) and dried at about 80 ° C. for about 10 minutes.
(接続部の形成およびカバー体の配置)
次に、第1電極と第2電極の接触領域に紫外線硬化性樹脂(スリーボンド社製、型番:31X−101)を塗布、さらに、後で注入する電解質が隣り合うユニットセルに流れ出ないように、短冊形状に形成されたセル配置用領域の端部にも紫外線硬化性樹脂を塗布した。そして、カバー体として用意した31mm×55mm×1.0mmの支持体と同等なガラスを接続部上に配置して、支持体とカバー体とを貼り合せた。なお、カバー体には予め電解質注入用の注入口を設けておいた。次いで、紫外線照射ランプ(EFD社製、商品名:Novacure)を用いて紫外線を照射し、紫外線硬化性樹脂を硬化させてカバー体を固定した。(Formation of connecting part and arrangement of cover body)
Next, an ultraviolet curable resin (manufactured by ThreeBond Co., Ltd., model number: 31X-101) is applied to the contact area between the first electrode and the second electrode, and further, an electrolyte to be injected later does not flow into the adjacent unit cell. An ultraviolet curable resin was also applied to the end portion of the cell arrangement region formed in a strip shape. Then, a glass equivalent to a 31 mm × 55 mm × 1.0 mm support prepared as a cover body was placed on the connection portion, and the support and the cover body were bonded together. The cover body was previously provided with an injection port for electrolyte injection. Subsequently, ultraviolet rays were irradiated using an ultraviolet irradiation lamp (trade name: Novacure, manufactured by EFD) to cure the ultraviolet curable resin and fix the cover body.
(キャリア輸送材料層の形成)
まず、キャリア輸送材料となる電解質を調製した。具体的には、溶剤としてのアセトニトリルに、酸化還元種としてLiI(Aldrich Chemical Company製)が濃度0.1mol/L、I2(東京化成工業株式会社製)が濃度0.01mol/Lとなるように、さらに添加剤としてt−ブチルピリジン(TBP、Aldrich Chemical Company製)が濃度0.5mol/L、ジメチルプロピルイミダゾールアイオダイド(DMPII、四国化成工業株式会社製)が濃度0.6mol/Lとなるように添加し、溶解させて電解質を調製した。(Formation of carrier transport material layer)
First, an electrolyte serving as a carrier transport material was prepared. Specifically, in acetonitrile as a solvent, LiI (manufactured by Aldrich Chemical Company) as a redox species has a concentration of 0.1 mol / L, and I 2 (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) has a concentration of 0.01 mol / L. Furthermore, t-butylpyridine (TBP, manufactured by Aldrich Chemical Company) as a additive has a concentration of 0.5 mol / L, and dimethylpropylimidazole iodide (DMPII, manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) has a concentration of 0.6 mol / L. The electrolyte was prepared by adding and dissolving.
次いで、カバー体に設けられた注入口から電解質を注入した後、該注入口を樹脂にて封止することにより、図1のモジュール100に相当するモジュールを完成した。
Next, after injecting an electrolyte from an inlet provided in the cover body, the inlet was sealed with a resin, thereby completing a module corresponding to the
<実施例2>
次に、実施例2として、セル間絶縁部の高さ方向の断面形状が直方体となるように形成した以外は実施例1と同様の方法によって、モジュールを作製した。すなわち、実施例2において、支持体の表面とセル間絶縁部の側面とが成す角度は90度である。以下、実施例1と異なる工程のみ説明する。<Example 2>
Next, as Example 2, a module was produced in the same manner as in Example 1 except that the cross-sectional shape in the height direction of the inter-cell insulating portion was a rectangular parallelepiped. That is, in Example 2, the angle formed by the surface of the support and the side surface of the inter-cell insulating portion is 90 degrees. Hereinafter, only steps different from those in Example 1 will be described.
(セル間絶縁部の形成)
セル間絶縁部の側面と支持体の表面との成す角度が90度となるように、ドクターブレード法を用いてガラスペーストを塗布した。具体的には、1mm間隔の2本のテープを支持体上に平行に配置して、テープ間の一部(端部)にセル間絶縁部の材料となるペーストを塗布した。そして、ガラス棒を用いてペーストをテープ間全域に引き伸ばして、1mm×50mm×16μmのストライプ状にした。乾燥後、テープをはがし、焼成することにより高さ方向の断面形状が直方体のセル間絶縁部を形成した。(Formation of insulation between cells)
The glass paste was applied using a doctor blade method so that the angle formed between the side surface of the inter-cell insulating portion and the surface of the support was 90 degrees. Specifically, two tapes with an interval of 1 mm were arranged in parallel on the support, and a paste serving as a material for the inter-cell insulating portion was applied to a part (end portion) between the tapes. And the paste was extended to the whole area between tapes using the glass rod, and it was made the stripe form of 1 mm x 50 mm x 16 micrometers. After drying, the tape was peeled off and baked to form an inter-cell insulating portion having a rectangular parallelepiped cross-sectional shape.
<実施例1および2のモジュールの光電変換効率の測定>
実施例1のモジュールに対して1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、太陽電池特性を測定した。実施例1のモジュールにおいて、短絡電流値が2.5mA/cm2、開放電圧値が3.5V、FFが0.695、光電変換効率が6.1%であり、高い光電変換効率が得られることが分かった。<Measurement of photoelectric conversion efficiency of modules of Examples 1 and 2>
The module of Example 1 was irradiated with light of 1 kW / m 2 intensity (AM1.5 solar simulator), and the solar cell characteristics were measured. In the module of Example 1, the short-circuit current value is 2.5 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value is 3.5 V, the FF is 0.695, the photoelectric conversion efficiency is 6.1%, and high photoelectric conversion efficiency is obtained. I understood that.
また、実施例2のモジュールについて、実施例1と同様に太陽電池特性を測定したところ、短絡電流値が2.4mA/cm2、開放電圧値が3.47V、FFが0.665、光電変換効率が5.5%であり、高い光電変換効率が得られることが分かった。Moreover, when the solar cell characteristic was measured about the module of Example 2 similarly to Example 1, a short circuit current value is 2.4 mA / cm < 2 >, an open circuit voltage value is 3.47V, FF is 0.665, photoelectric conversion It was found that the efficiency was 5.5%, and high photoelectric conversion efficiency was obtained.
また、実施例1および実施例2において、それぞれ20個ずつのモジュールを作製したが、実施例1においては20個すべてのモジュールで同様の結果が得られ、実施例2においては19個のモジュールの光電変換効率が0%であった。これは、実施例2のモジュールにおいて、第1電極の断線が生じたためであることがわかった。したがって、実施例1のモジュールは、実施例2のモジュールよりも再現性が高く、生産性が高いことが分かった。 Further, in Example 1 and Example 2, 20 modules were produced, but in Example 1, the same result was obtained with all 20 modules. In Example 2, 19 modules were obtained. The photoelectric conversion efficiency was 0%. This was found to be due to the disconnection of the first electrode in the module of Example 2. Therefore, it was found that the module of Example 1 had higher reproducibility and higher productivity than the module of Example 2.
次に、実施例3および4として、セル間絶縁部の側面と支持体の表面との成す角度が90度未満であるセル間絶縁部を有するモジュールを、実施例1とは異なる方法によって製造した。 Next, as Examples 3 and 4, a module having an inter-cell insulating part in which the angle formed between the side surface of the inter-cell insulating part and the surface of the support was less than 90 degrees was manufactured by a method different from that in Example 1. .
<実施例3>
セル間絶縁部および多孔性半導体層を以下の工程で行った以外は、実施例1と同様の方法によって図1の構造のモジュールを作製した。以下、実施例1と異なる工程についてのみ説明する。<Example 3>
A module having the structure shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the inter-cell insulating portion and the porous semiconductor layer were formed in the following steps. Only the steps different from those in Example 1 will be described below.
(セル間絶縁部の形成)
支持体として、51mm×70mm×厚さ1mmのガラス基板(コーニング社7059)を用意し、該支持体上に、支持体との接触面の焼成後の形状が5mm×50mmの短冊状の領域を環囲するとともに、セル間絶縁部の幅が1mm、高さが16μmとなるようなスクリーン印刷版を用意した。そして、スクリーン印刷機(ニューロング精密工業株式会社製、型式:LS−34TVA)を用いてガラスペースト(ノリタケカンパニーリミテド製、商品名:ガラスペースト)を塗布し、100℃で15分間乾燥させた後、焼成炉を用いて500℃で60分間焼成し、セル間絶縁部を形成した。なお、形成されたセル間絶縁部の形状は、図5に示す形状と同様である。(Formation of insulation between cells)
As a support, a 51 mm × 70 mm × 1 mm thick glass substrate (Corning 7059) is prepared, and a strip-shaped region having a shape of 5 mm × 50 mm after baking of the contact surface with the support is provided on the support. A screen printing plate was prepared so as to enclose and to have an inter-cell insulating portion having a width of 1 mm and a height of 16 μm. Then, after applying a glass paste (manufactured by Noritake Co., Ltd., trade name: glass paste) using a screen printing machine (Neurong Seimitsu Kogyo Co., Ltd., model: LS-34TVA) and drying at 100 ° C. for 15 minutes. Then, firing was performed at 500 ° C. for 60 minutes using a firing furnace to form an inter-cell insulating portion. The formed inter-cell insulating part has the same shape as that shown in FIG.
(積層体の形成)
積層体の形成における多孔性半導体層の形成工程を以下のように行なった。なお、積層体の形成における他の工程は、実施例1と同様とした。(Formation of laminate)
The formation process of the porous semiconductor layer in the formation of the laminate was performed as follows. The other steps in forming the laminate were the same as in Example 1.
まず、支持体上であってセル間絶縁部で環囲された領域に、酸化チタンペースト(Solaronix社製、商品名:Ti−Nanoxide T、平均粒径13nm)をピペットで塗布し、セル間絶縁部の各辺(側面)に酸化チタンペーストが確実に接触するまでレベリングを行った。次いで、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後、450℃で1時間焼成し、この工程を3回繰り返して、多孔性半導体層(酸化チタン膜)を形成した。
First, a titanium oxide paste (manufactured by Solaronix, trade name: Ti-Nanoxide T,
<実施例4>
第1電極および第2電極を以下の工程で行なった以外は、実施例3と同様の方法によって図1の構造のモジュールを作製した。以下、実施例3と異なる工程についてのみ説明する。<Example 4>
A module having the structure shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 3 except that the first electrode and the second electrode were formed in the following steps. Only the steps different from those in Example 3 will be described below.
(第1電極および第2電極の形成)
第1電極および第2電極の材料としてITOを用い、スパッタ装置(ULVAC DCスパッタ装置MLH−6300型)を用いて、トレイスピード10mm/分として設定し、約600nmのITOの成膜を行うことにより、第1電極および第2電極を形成した。(Formation of first electrode and second electrode)
By using ITO as the material for the first electrode and the second electrode, using a sputtering apparatus (ULVAC DC sputtering apparatus MLH-6300 type), setting the tray speed to 10 mm / min, and depositing about 600 nm of ITO The 1st electrode and the 2nd electrode were formed.
<実施例3および4のモジュールの光電変換効率の測定>
実施例3のモジュールについて、実施例1と同様に太陽電池特性を測定したところ、短絡電流値が2.7mA/cm2、開放電圧値が3.45V、FFが0.685、光電変換効率が6.4%であった。したがって、光電変換層をセル間絶縁部などの絶縁部によって環囲される領域内全域に形成することによって、集電密度が向上し、光電変換効率が向上することがわかった。<Measurement of photoelectric conversion efficiency of modules of Examples 3 and 4>
When the solar cell characteristics of the module of Example 3 were measured in the same manner as in Example 1, the short-circuit current value was 2.7 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 3.45 V, the FF was 0.685, and the photoelectric conversion efficiency was It was 6.4%. Therefore, it was found that by forming the photoelectric conversion layer over the entire region surrounded by the insulating part such as the inter-cell insulating part, the current collection density is improved and the photoelectric conversion efficiency is improved.
また、実施例4のモジュールについて、実施例1と同様に太陽電池特性を測定した結果、短絡電流値が2.75mA/cm2、開放電圧値が3.55V、FFが0.678、光電変換効率が6.6%であった。したがって、第1電極および第2電極としてITOを用いることによって、さらに光電変換効率が向上することがわかった。これは、ITOが光透過性を有するために、TiO2で吸収しきれなかった光がITOを通過し、多孔性絶縁層で反射されて再度TiO2に入射することによって、電流値が向上したものと考えられる。As a result of measuring the solar cell characteristics of the module of Example 4 as in Example 1, the short-circuit current value was 2.75 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 3.55 V, FF was 0.678, photoelectric conversion The efficiency was 6.6%. Therefore, it was found that the use of ITO as the first electrode and the second electrode further improves the photoelectric conversion efficiency. This is because, since ITO has optical transparency, light that could not be absorbed by TiO 2 passes through ITO, is reflected by the porous insulating layer, and is incident on TiO 2 again, thereby improving the current value. It is considered a thing.
<実施例5>
実施例5として、図7に示すモジュール200と同様の構成のモジュールを製造した。以下、モジュールの製造方法について説明する。<Example 5>
As Example 5, a module having the same configuration as the
(セル間絶縁部の形成)
まず、実施例1と同様の方法により、51mm×70mm×厚さ1mmのガラス基板(コーニング社7059)からなる支持体上にセル間絶縁部を形成した。なお、形成されたセル間絶縁部の形状は、図6に示す形状と同様である。(Formation of insulation between cells)
First, by the same method as in Example 1, an inter-cell insulating portion was formed on a support made of a glass substrate (Corning 7059) having a size of 51 mm × 70 mm ×
(積層体の形成)
1.多孔性半導体層の形成
次に、焼成後の形状が5mm×50mm×12μmとなるように、短冊形状が1mm間隔で並ぶスクリーン印刷版を用意し、実施例1と同様の方法により、多孔性半導体層(酸化チタン膜)をセル間絶縁部で分割された領域に形成した。(Formation of laminate)
1. Formation of Porous Semiconductor Layer Next, a screen printing plate in which strip shapes are arranged at intervals of 1 mm so that the shape after firing is 5 mm × 50 mm × 12 μm is prepared. A layer (titanium oxide film) was formed in the region divided by the inter-cell insulating portion.
2.第1電極の形成
次に、40mm×50mmの開口部を有するメタルマスクを用意し、多孔性半導体層とセル間絶縁部の上面全てがメタルマスクの開口部と一致するように配置し、チタンを上記電子ビーム蒸着器を用いて蒸着速度5Å/Sで成膜して厚さ約500nmのチタン膜を形成した。そして、形成した第1電極を上記レーザースクライブ装置を用いて、セル間絶縁部上のチタン膜をセル間絶縁部と平行に50μm幅で蒸発させた。これにより、膜にスクライブライン(50μm)を100μm間隔で作製し、ストライプ形状の第1電極を完成させた。2. Formation of the first electrode Next, a metal mask having an opening of 40 mm × 50 mm is prepared, arranged so that the upper surfaces of the porous semiconductor layer and the inter-cell insulating part all coincide with the opening of the metal mask, and titanium is formed. A titanium film having a thickness of about 500 nm was formed using the above-mentioned electron beam evaporator at a deposition rate of 5 Å / S. Then, the titanium film on the inter-cell insulating part was evaporated in a width of 50 μm in parallel with the inter-cell insulating part using the laser scribe device. As a result, scribe lines (50 μm) were formed on the film at intervals of 100 μm to complete the stripe-shaped first electrode.
3.多孔性絶縁層の形成
次に、実施例1と同様の方法により、ペーストを調製した。そして、焼成後の形状が5.75mm×50mm×3.5μmとなるように、短冊形状が0.5mm間隔で並ぶスクリーン印刷版を用意し、上記スクリーン印刷機を用いて得られたペーストを第1電極上に塗布し、室温で1時間レベリングを行った。レベリング後、得られた塗膜を80℃で20分間予備乾燥した後、450℃で1時間焼成して、多孔性絶縁層(酸化ジルコニウム膜)を形成した。3. Formation of porous insulating layer Next, a paste was prepared in the same manner as in Example 1. Then, a screen printing plate in which strip shapes are arranged at intervals of 0.5 mm so that the shape after firing is 5.75 mm × 50 mm × 3.5 μm is prepared, and the paste obtained by using the screen printing machine is used as the first paste. It was applied onto one electrode and leveled at room temperature for 1 hour. After leveling, the obtained coating film was pre-dried at 80 ° C. for 20 minutes, and then fired at 450 ° C. for 1 hour to form a porous insulating layer (zirconium oxide film).
4.触媒層の形成
次に、絶縁層と第2電極との界面に触媒層を形成すべく、絶縁層上に触媒層を形成した。具体的には、5mm×50mmの開口部が5個並ぶメタルマスクを用意し、絶縁層上に白金を上記電子ビーム蒸着器を用いて蒸着速度5Å/Sで成膜した。これにより、厚さ約20nmの白金からなる触媒層を形成した。4). Formation of Catalyst Layer Next, a catalyst layer was formed on the insulating layer in order to form a catalyst layer at the interface between the insulating layer and the second electrode. Specifically, a metal mask in which five openings of 5 mm × 50 mm were arranged was prepared, and platinum was formed on the insulating layer at a deposition rate of 5 Å / S using the electron beam evaporator. Thereby, a catalyst layer made of platinum having a thickness of about 20 nm was formed.
5.第2電極の形成
次に、5.5mm×50mmの開口部が5個並ぶメタルマスクを用意し、多孔性絶縁層上と、セル間絶縁部上に形成された第1電極上に形成されるようにメタルマスクを配置し、実施例1と同様の方法により、多孔性絶縁層上および露出しているセル間絶縁部上の第1電極上に厚さ約500nmの第2電極を形成した。これにより、ストライプ形状の第2電極が形成された。5. Formation of Second Electrode Next, a metal mask having five 5.5 mm × 50 mm openings is prepared and formed on the porous insulating layer and the first electrode formed on the inter-cell insulating part. A metal mask was arranged as described above, and a second electrode having a thickness of about 500 nm was formed on the first electrode on the porous insulating layer and the exposed inter-cell insulating portion by the same method as in Example 1. As a result, a stripe-shaped second electrode was formed.
6.色素の吸着
実施例1と同様の方法により、上記色素を多孔質半導体層に吸着させた。6). Adsorption of dye The dye was adsorbed on the porous semiconductor layer in the same manner as in Example 1.
(接続部の形成、カバー体の配置およびキャリア輸送材料層の形成)
実施例1と同様の方法により、接続部を形成し、また、紫外線硬化性樹脂を硬化させてカバー体を固定した。そして、実施例1と同様の方法により、電解質を調製した。そして、カバー体に設けられた注入口から電解質を注入した後、該注入口を樹脂にて封止することにより、図7のモジュール200に相当するモジュールを完成した。(Formation of connection part, arrangement of cover body and formation of carrier transport material layer)
By the same method as in Example 1, a connection portion was formed, and an ultraviolet curable resin was cured to fix the cover body. Then, an electrolyte was prepared by the same method as in Example 1. And after injecting electrolyte from the inlet provided in the cover body, this inlet was sealed with resin, and the module equivalent to the
<実施例6>
セル間絶縁部および多孔性半導体層を以下の工程で行った以外は、実施例5と同様の方法によって図7の構造のモジュールを作製した。以下、実施例5と異なる工程についてのみ説明する。<Example 6>
A module having the structure shown in FIG. 7 was produced in the same manner as in Example 5 except that the inter-cell insulating portion and the porous semiconductor layer were formed in the following steps. Only the steps different from those in Example 5 will be described below.
(セル間絶縁部の形成)
支持体として、51mm×70mm×厚さ1mmのガラス基板(コーニング社7059)を用意し、該支持体上に、支持体との接触面の焼成後の形状が5mm×50mmの短冊状の領域を環囲するとともに、セル間絶縁部の幅が1mm、高さが12μmとなるようなスクリーン印刷版を配置した。そして、実施例5と同様の方法によってセル間絶縁部を形成した。なお、形成されたセル間絶縁部の形状は、図5に示す形状と同様である。(Formation of insulation between cells)
As a support, a 51 mm × 70 mm × 1 mm thick glass substrate (Corning 7059) is prepared, and a strip-shaped region having a shape of 5 mm × 50 mm after baking of the contact surface with the support is provided on the support. A screen printing plate was placed so as to surround the cell, and the width of the insulating portion between cells was 1 mm and the height was 12 μm. Then, an inter-cell insulating part was formed by the same method as in Example 5. The formed inter-cell insulating part has the same shape as that shown in FIG.
(積層体の形成)
積層体の形成において、実施例3と同様の方法によって多孔性半導体層を形成した。なお、積層体の形成における他の工程は、実施例5と同様とした。(Formation of laminate)
In forming the laminate, a porous semiconductor layer was formed by the same method as in Example 3. The other steps in forming the laminated body were the same as in Example 5.
<実施例7>
実施例4と同様の方法によって第1電極および第2電極を以下の工程で行なった以外は、実施例5と同様の方法によって図7の構造のモジュールを作製した。<Example 7>
A module having the structure shown in FIG. 7 was produced in the same manner as in Example 5 except that the first electrode and the second electrode were produced in the following steps by the same method as in Example 4.
<実施例5〜7の光電変換効率の測定>
実施例5〜7で作製したモジュールに対して1kW/m2の強度の光(AM1.5ソーラーシミュレータ)を照射して、太陽電池特性を測定した。実施例5のモジュールにおいて、短絡電流値が2.45mA/cm2、開放電圧値が3.3V、FFが0.70、光電変換効率が5.7%であり、高い光電変換効率が得られることが分かった。<Measurement of photoelectric conversion efficiency of Examples 5 to 7>
The modules produced in Examples 5 to 7 were irradiated with light having an intensity of 1 kW / m 2 (AM1.5 solar simulator) to measure solar cell characteristics. In the module of Example 5, the short-circuit current value is 2.45 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value is 3.3 V, the FF is 0.70, the photoelectric conversion efficiency is 5.7%, and high photoelectric conversion efficiency is obtained. I understood that.
実施例6のモジュールにおいて、短絡電流値が2.6mA/cm2、開放電圧値が3.4V、FFが0.69、光電変換効率が6.1%であった。したがって、光電変換層をセル間絶縁部などの絶縁部によって環囲される領域内全域に形成することによって、集電密度が向上し、光電変換効率が向上することがわかった。In the module of Example 6, the short-circuit current value was 2.6 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 3.4 V, FF was 0.69, and the photoelectric conversion efficiency was 6.1%. Therefore, it was found that by forming the photoelectric conversion layer over the entire region surrounded by the insulating part such as the inter-cell insulating part, the current collection density is improved and the photoelectric conversion efficiency is improved.
実施例7のモジュールにおいて、短絡電流値が2.68mA/cm2、開放電圧値が3.52V、FFが0.68、光電変換効率が6.4%であった。したがって、第1電極および第2電極として、スパッタ装置を用いてITOを形成することによって、さらに光電変換効率が向上することがわかった。これは、ITOが光透過性を有するために、TiO2で吸収しきれなかった光がITOを通過し、多孔性絶縁層で反射されて再度TiO2に入射することによって、電流値が向上したものと考えられる。In the module of Example 7, the short-circuit current value was 2.68 mA / cm 2 , the open-circuit voltage value was 3.52 V, the FF was 0.68, and the photoelectric conversion efficiency was 6.4%. Therefore, it was found that photoelectric conversion efficiency is further improved by forming ITO as the first electrode and the second electrode using a sputtering apparatus. This is because, since ITO has optical transparency, light that could not be absorbed by TiO 2 passes through ITO, is reflected by the porous insulating layer, and is incident on TiO 2 again, thereby improving the current value. It is considered a thing.
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、色素増感太陽電池モジュールに広く利用することができる。 The present invention can be widely used for dye-sensitized solar cell modules.
1 支持体、2 カバー体、3 セル間絶縁部、4 接続部、10,20 色素増感太陽電池セル、11 光電変換層、12 第1電極、13 多孔性絶縁層、14 第2電極、15 積層体、16 キャリア輸送材料層、100,200 色素増感太陽電池モジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (15)
前記色素増感太陽電池セル(10)は、前記支持体(1)上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層(11)、第1電極(12)、多孔性絶縁層(13)、第2電極(14)の順に積層された積層体(15)を有し、
前記色素増感太陽電池モジュール(100)は、
前記支持体(1)上に形成され、前記複数の積層体(15)のそれぞれを分割するセル間絶縁部(3)と、
前記セル間絶縁部(3)と前記カバー体(2)との間に形成され、前記セル間絶縁部(3)と前記カバー体(2)との間隔を保持する接続部(4)を有し、
隣り合う積層体(15)のうち、一方の積層体(15)の第1電極(12)および他方の積層体(15)の第2電極(14)は、両積層体(15)の間に配置されたセル間絶縁部(3)の表面上にまで延設されて該表面上で互いに接触し、
前記光電変換層(11)の厚さが前記セル間絶縁部(3)の高さよりも小さい、色素増感太陽電池モジュール(100)。 A dye-sensitized solar cell module (100) in which a plurality of dye-sensitized solar cells (10) connected in series are disposed between an opposing support (1) and a cover (2). ,
The dye-sensitized solar cell (10) includes a photoelectric conversion layer (11), a first electrode (12), and a porous insulating layer (13) made of a porous semiconductor adsorbed with a dye on the support (1). ), A laminate (15) laminated in the order of the second electrode (14),
The dye-sensitized solar cell module (100) includes:
An inter-cell insulating portion (3) formed on the support (1) and dividing each of the plurality of stacked bodies (15);
A connecting portion (4) is formed between the inter-cell insulating portion (3) and the cover body (2), and maintains a distance between the inter-cell insulating portion (3) and the cover body (2). And
Of the adjacent laminates (15), the first electrode (12) of one laminate (15) and the second electrode (14) of the other laminate (15) are between both laminates (15). Extending to the surface of the arranged inter-cell insulation (3) and contacting each other on the surface;
The dye-sensitized solar cell module (100), wherein a thickness of the photoelectric conversion layer (11) is smaller than a height of the inter-cell insulating portion (3).
前記接続部(4)の他の一部は、前記カバー体(2)と固着する、請求項1から3のいずれかに記載の色素増感太陽電池モジュール(100)。 A part of the connection part (4) is fixed to the inter-cell insulating part (3) by covering a contact region where the first electrode (12) and the second electrode (14) are in contact with each other,
The dye-sensitized solar cell module (100) according to any one of claims 1 to 3, wherein another part of the connection portion (4) is fixed to the cover body (2).
前記色素増感太陽電池セル(20)は、前記支持体(1)上に、色素を吸着した多孔性半導体からなる光電変換層(11)、第1電極(12)、多孔性絶縁層(13)、第2電極(14)の順に積層された積層体(15)を有し、
前記色素増感太陽電池モジュール(200)は、
前記支持体(1)上に形成され、前記複数の積層体のそれぞれを分割するセル間絶縁部(3)と、
前記セル間絶縁部(3)と前記カバー体(2)との間に形成され、前記セル間絶縁部(3)と前記カバー体(2)との間隔を保持する接続部(4)を有し、
隣り合う積層体(15)のうち、一方の積層体の第1電極(12)が、両積層体(15)の間に配置されたセル間絶縁部(3)の表面上にまで延設され、他方の積層体(15)の第2電極(14)が、多孔性絶縁層(13)の側面に沿って両積層体(15)の間に配置されたセル間絶縁部(3)の前記表面上にまで延設されることによって、当該セル間絶縁部(3)上で当該第1電極(12)と当該第2電極(14)とが接触し、
前記接続部(4)は、前記第1電極(12)と前記第2電極(14)とが接触する接触領域を覆う、色素増感太陽電池モジュール(200)。 A dye-sensitized solar cell module (200) in which a plurality of dye-sensitized solar cells (20) connected in series are arranged between an opposing support (1) and a cover (2). ,
The dye-sensitized solar cell (20) includes a photoelectric conversion layer (11), a first electrode (12), and a porous insulating layer (13) made of a porous semiconductor adsorbed with a dye on the support (1). ), A laminate (15) laminated in the order of the second electrode (14),
The dye-sensitized solar cell module (200) is:
An inter-cell insulating portion (3) formed on the support (1) and dividing each of the plurality of stacked bodies;
A connecting portion (4) is formed between the inter-cell insulating portion (3) and the cover body (2), and maintains a distance between the inter-cell insulating portion (3) and the cover body (2). And
Of the adjacent stacked bodies (15), the first electrode (12) of one stacked body extends to the surface of the inter-cell insulating portion (3) disposed between the stacked bodies (15). The second electrode (14) of the other laminate (15) is disposed between the laminates (15) along the side surface of the porous insulating layer (13), and the inter-cell insulating portion (3) By extending to the surface, the first electrode (12) and the second electrode (14) are in contact with each other on the inter-cell insulating portion (3),
The said connection part (4) is a dye-sensitized solar cell module (200) which covers the contact area | region where the said 1st electrode (12) and said 2nd electrode (14) contact.
前記接続部(4)は、前記多孔性絶縁層(13)の側面上の前記第2電極(14)を覆う、請求項5に記載の色素増感太陽電池モジュール(200)。 The side surface of the porous insulating layer (13) from which the second electrode (14) is extended is inclined,
The dye-sensitized solar cell module (200) according to claim 5, wherein the connection portion (4) covers the second electrode (14) on a side surface of the porous insulating layer (13).
前記接続部(4)は、隣り合う前記太陽電池セル(10,20)の前記キャリア輸送材料層(16)同士を隔絶する隔壁を兼ねる、請求項1から8のいずれかに記載の色素増感太陽電池モジュール(100,200)。 A carrier transport material layer (16) formed between the laminate (15) and the cover body (2);
The dye sensitization according to any one of claims 1 to 8, wherein the connection portion (4) also serves as a partition wall that separates the carrier transport material layers (16) of the adjacent solar cells (10, 20). Solar cell module (100, 200).
前記支持体(1)上に前記セル間絶縁部(3)を形成した後に前記積層体(15)を形成する、色素増感太陽電池モジュール(100)の製造方法。 A dye-sensitized solar cell module (100) in which a plurality of dye-sensitized solar cells (10) connected in series are disposed between an opposing support (1) and a cover (2). The dye-sensitized solar cell (10) includes a photoelectric conversion layer (11), a first electrode (12), and a porous insulating layer (10) made of a porous semiconductor adsorbed with a dye on the support (1). 13) and a laminate (15) laminated in the order of the second electrode (14), and the dye-sensitized solar cell module (100) is formed on the support (1), and the plurality of laminates An inter-cell insulating portion (3) that divides each of the bodies (15), and is formed between the inter-cell insulating portion (3) and the cover body (2), and the inter-cell insulating portion (3) It has a connecting portion (4) that keeps a distance from the cover body (2), and is adjacent to the laminated body (15). The first electrode (12) of one stacked body (15) and the second electrode (14) of the other stacked body (15) are provided between the stacked bodies (15). ) Is extended to the surface of the dye-sensitized solar cell module in which the photoelectric conversion layer (11) has a thickness smaller than the height of the inter-cell insulating portion (3). 100) in the manufacturing method,
The manufacturing method of a dye-sensitized solar cell module (100) which forms the said laminated body (15) after forming the said cell insulation part (3) on the said support body (1).
前記支持体(1)上に前記セル間絶縁部(3)を形成した後に前記積層体(15)を形成する、色素増感太陽電池モジュールの製造方法。 A dye-sensitized solar cell module (200) in which a plurality of dye-sensitized solar cells (20) connected in series are arranged between an opposing support (1) and a cover (2). The dye-sensitized solar cell (20) includes a photoelectric conversion layer (11), a first electrode (12), and a porous insulating layer ( 1 ) made of a porous semiconductor adsorbed with a dye on the support ( 1 ). 13) and a laminate (15) laminated in the order of the second electrode (14), and the dye-sensitized solar cell module (200) is formed on the support (1), and the plurality of laminates An inter-cell insulating portion (3) that divides each of the bodies (15), and is formed between the inter-cell insulating portion (3) and the cover body (2), and the inter-cell insulating portion (3) It has a connection part (4) that keeps a distance from the cover body (2), and the adjacent laminated body (15) That is, the first electrode (12) of one laminate (15) is extended to the surface of the inter-cell insulating portion (3) disposed between the laminates (15), and the other laminate is provided. The second electrode (14) of (15) extends along the side surface of the porous insulating layer (13) to the surface of the inter-cell insulating portion (3) disposed between the stacked bodies (15). By providing, the said 1st electrode (12) and the said 2nd electrode (14) contact on the said insulation part (3) between the said cells, and the said connection part (4) is the said 1st electrode (12). ) And the second electrode (14) in a manufacturing method of the dye-sensitized solar cell module (200) covering a contact region,
The manufacturing method of a dye-sensitized solar cell module which forms the said laminated body (15) after forming the said cell insulation part (3) on the said support body (1).
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